UCLA&哈工大合作Science:具備超級隔熱性能的陶瓷氣凝膠

【引言】

陶瓷氣凝膠以其低密度、低熱導率和良好的耐火、耐腐蝕特性而被認為是理想的隔熱材料。然而，質脆以及晶化誘導的粉碎行為使得陶瓷氣凝膠常常在顯著的溫度梯度變化或者長期的高溫暴露中表現出嚴重的強度退化甚至結構崩塌的現象。鑒于極端條件下的隔熱要求相應的材料具備異常優異的穩定性，因此同時具備強大的機械和熱學穩定性就成為陶瓷氣凝膠在隔熱領域進一步發展應用的主要障礙。

【成果簡介】

近期，哈爾濱工業大學的李惠研究員和加州大學洛杉磯分校的黃昱、段鑲鋒（共同通訊作者）等人利用三維石墨烯氣凝膠模板設計合成了同時具有強大的機械和熱學穩定性的氮化硼（hBNAGs）以及碳化硅（βSiCAGs）陶瓷氣凝膠材料。這類陶瓷材料由納米層狀雙窗格壁組成，整體呈現出超低密度的雙曲線構造形態。而這一特殊結構賦予材料負泊松比（-0.25）以及負線性熱膨脹系數（-1.8x10^-6/℃），致使材料維持熱穩定性的同時依然能表現出優異的可變形性和斷裂韌性。在劇烈的熱休克（大約275℃/s）以及長期高溫暴露過程中，這類材料表現出優異的熱穩定性以及幾乎為零的強度損失。同時此種氣凝膠還表現出超低的熱導率（在真空中約為2.4 mW/m·K，在空氣中約為20 mW/m·K），因此研究人員認為基于上述新型陶瓷氣凝膠可以設計理想的超級隔熱系統并在航天器等領域有所應用。2019年02月15日，相關成果以題為“Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 陶瓷氣凝膠材料的結構設計和制備

圖2 hBNAGs的材料表征

圖3 hBNAGs的機械性能

圖4 hBNAGs的熱學穩定性以及隔熱性能

文獻鏈接：Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav7304）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿，材料牛編輯整理。

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