中國粉體網(wǎng)訊 氣凝膠材料通常是指以納米級顆�,；蚓酆衔锓肿渔溝嗷ゾ奂纬杉{米多孔結(jié)構(gòu)，在納米孔洞中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的三維多孔輕質(zhì)固體材料。氣凝膠材料具備低密度,、高比表面積,、高孔隙率和孔體積等結(jié)構(gòu)特性,，使其具有耐高溫,、低熱導率、低折射率和低聲傳播速度等特殊的光,、熱,、聲、電性能,，進而在隔熱保溫,、吸附分離、生物醫(yī)用,、光電催化,、儲能轉(zhuǎn)化、吸聲隔音及高能粒子捕獲等諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,，吸引了科研,、生產(chǎn)、設(shè)計等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注,，成為當前材料科學的重點研究領(lǐng)域之一,。
陶瓷氣凝膠因其超輕、耐火,、耐腐蝕,、耐高溫等特性，非常適合用作航空航天領(lǐng)域的隔熱材料,。然而,，由于其固有的脆性和高溫析晶行為,，導致其在大的熱量梯度或者長期的高溫暴露中表現(xiàn)出強度下降甚至結(jié)構(gòu)坍塌等嚴重問題。因此,，強大的力學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性是在極端條件下使用陶瓷氣凝膠實現(xiàn)可靠隔熱的重要前提,。
近日，哈爾濱工業(yè)大學土木學院李惠和徐翔教授在陶瓷氣凝膠隔熱領(lǐng)域取得重要研究成果,。該研究成果報道了一種氣凝膠多尺度超結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備方法,，采用半晶質(zhì)（hypocrystalline）陶瓷材料設(shè)計結(jié)合zig-zag宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計，賦予陶瓷氣凝膠近零泊松比（3.3×10-4）和近零熱膨脹（1.2×10-7/℃）的“雙零”反常規(guī)物理性質(zhì),，從而獲得了輕質(zhì)超柔韌,、高熱穩(wěn)定性及高溫超隔熱等特性。
半晶質(zhì)雙零陶瓷氣凝膠超彈及高溫隔熱性能
同時,，研究團隊創(chuàng)新提出了一種“氣體湍流”輔助靜電紡絲直接制備三維納米纖維陶瓷氣凝膠的方法,，拓展了傳統(tǒng)靜電紡絲制備二維膜材料的束縛，為實現(xiàn)材料的多尺度超結(jié)構(gòu)設(shè)計,、高性能,、大規(guī)模及低成本制備提供了新思路和新方法。該材料彈性可恢復(fù)壓縮應(yīng)變高達95%,，兼具優(yōu)異的拉伸（斷裂應(yīng)變>40%）和彎曲（彎曲應(yīng)變>90%）變形能力；1萬次高頻劇烈熱震（約200℃/s）以及長期高溫（>1000℃）有氧暴露下強度損失及體積收縮幾乎為零,；此外,，半晶質(zhì)陶瓷對碳展現(xiàn)了更強的包覆能力，提高了碳材料的高溫抗氧化性能,，從而有效阻隔了高溫熱輻射,，實現(xiàn)了“低密度”陶瓷氣凝膠目前最低高溫導熱系數(shù)（20mg/cm3、1000℃下小于100mW/mK）,，彌補了輕質(zhì)氣凝膠材料在高溫隔熱領(lǐng)域的短板,。該材料同時具備電容式自感知特性，可實時監(jiān)測隔熱材料的結(jié)構(gòu)損傷,，進一步增強了熱控制系統(tǒng)的安全可靠性,。
早在2019年，該團隊與蘭州大學,、美國加州大學洛杉磯分校,、加州大學伯克利分校等高校研究人員共同合成出米層狀結(jié)構(gòu)的雙曲線結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠，該材料可以極大增強傳統(tǒng)陶瓷氣凝膠材料的各項性能,。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04784-0
參考來源：哈爾濱工業(yè)大學
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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