中國粉體網(wǎng)訊  陶瓷氣凝膠因其超輕,、耐火、耐腐蝕,、耐高溫等特性,，非常適合解決航空航天領(lǐng)域的隔熱問題，但其脆性,、高溫析晶,、熱震坍縮等問題嚴(yán)重制約了相關(guān)研究和應(yīng)用。近日,，哈爾濱工業(yè)大學(xué),、蘭州大學(xué)、美國加州大學(xué)洛杉磯分校,、加州大學(xué)伯克利分校等高校研究人員,，共同研究合成了米層狀結(jié)構(gòu)的雙曲線結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了“負(fù)特性”的超材料,，該材料可以極大增強(qiáng)傳統(tǒng)陶瓷氣凝膠材料的各項性能,，甚至賦予其新的特性。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表于《科學(xué)》雜志,。

該研究成果基于5年的石墨烯氣凝膠基礎(chǔ)研究,，并歷時2年完成。該論文第一作者,、哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院副教授徐翔向《中國科學(xué)報》介紹,，前期的基礎(chǔ)研究完成了石墨烯氣凝膠的超彈性、負(fù)泊松比,、超輕,、導(dǎo)電、流體行為,、耗能行為等研究,。

負(fù)泊松比效應(yīng)，是指受拉伸時,，材料在彈性范圍內(nèi)橫向發(fā)生膨脹,，而受壓縮時，材料的橫向反而發(fā)生收縮,。這種現(xiàn)象在熱力學(xué)上是可能的,，但通常材料中并沒有普遍觀察到負(fù)泊松比效應(yīng)的存在。

于是,，研究團(tuán)隊在負(fù)泊松比增強(qiáng)石墨烯氣凝膠變形特性的研究基礎(chǔ)上,，采用在石墨烯氣凝膠模板原位沉積陶瓷的CVD技術(shù)，并通過加熱刻蝕模板的方法,，使得制備所得的陶瓷氣凝膠不但獲得了負(fù)泊松比特性,，并通過孔壁的“雙壁”亞結(jié)構(gòu)，同時實現(xiàn)了陶瓷氣凝膠的負(fù)熱膨脹特性，從而極大增強(qiáng)了陶瓷氣凝膠的力學(xué)及熱學(xué)等性能,。

據(jù)了解，與聚合物和環(huán)氧樹脂不同,，陶瓷材料不易熔化,、分解或軟化；與諸如有機(jī)物的其他物質(zhì)相比,，其化學(xué)鍵不因熱和紫外輻射而斷裂,，且具有良好的導(dǎo)熱性。此外,，陶瓷不會在深層空間的極端真空中排出氣體,，具有優(yōu)良的電氣隔離特性，即使在長久高溫下也有長壽命,，是優(yōu)質(zhì)的航空航天材料之選,。

徐翔表示，研究過程并非一帆風(fēng)順,，研究人員突破了諸多困難,。陶瓷氣凝膠CVD的制備是研究的關(guān)鍵，為賦予陶瓷氣凝膠柔韌性,，控制孔壁壁厚,，提高陶瓷氣凝膠結(jié)晶性，并實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計,，研究人員歷經(jīng)了近千次的反復(fù)實驗,。此外，陶瓷氣凝膠具有的超輕特性,，使得商用測量系統(tǒng)無法測試其導(dǎo)熱系數(shù),。為此，研究團(tuán)隊搭建了專門的測量設(shè)備,，并進(jìn)行了可靠性論證工作,。

該論文通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分�,；瘜W(xué)系教授段鑲鋒告訴《中國科學(xué)報》,，該陶瓷氣凝膠為解決陶瓷超輕結(jié)構(gòu)的脆性問題，以及受熱析晶問題提供了研究思路,，極大地促進(jìn)了陶瓷氣凝膠在隔熱,、催化、能源,、環(huán)境治理,、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用。

段鑲鋒表示，該項研究僅僅是一個開始,，下一步研究團(tuán)隊將繼續(xù)研制更柔韌,，能適應(yīng)更高工作溫度，具有更低導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷氣凝膠超輕結(jié)構(gòu),，進(jìn)一步促進(jìn)陶瓷氣凝膠在多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青禾）