UCLA&哈工大合作Science:具备超级隔热性能的陶瓷气凝胶

【引言】

陶瓷气凝胶以其低密度、低热导率和良好的耐火、耐腐蚀特性而被认为是理想的隔热材料。然而，质脆以及晶化诱导的粉碎行为使得陶瓷气凝胶常常在显著的温度梯度变化或者长期的高温暴露中表现出严重的强度退化甚至结构崩塌的现象。鉴于极端条件下的隔热要求相应的材料具备异常优异的稳定性，因此同时具备强大的机械和热学稳定性就成为陶瓷气凝胶在隔热领域进一步发展应用的主要障碍。

【成果简介】

近期，哈尔滨工业大学的李惠研究员和加州大学洛杉矶分校的黄昱、段镶锋（共同通讯作者）等人利用三维石墨烯气凝胶模板设计合成了同时具有强大的机械和热学稳定性的氮化硼（hBNAGs）以及碳化硅（βSiCAGs）陶瓷气凝胶材料。这类陶瓷材料由纳米层状双窗格壁组成，整体呈现出超低密度的双曲线构造形态。而这一特殊结构赋予材料负泊松比（-0.25）以及负线性热膨胀系数（-1.8x10^-6/℃），致使材料维持热稳定性的同时依然能表现出优异的可变形性和断裂韧性。在剧烈的热休克（大约275℃/s）以及长期高温暴露过程中，这类材料表现出优异的热稳定性以及几乎为零的强度损失。同时此种气凝胶还表现出超低的热导率（在真空中约为2.4 mW/m·K，在空气中约为20 mW/m·K），因此研究人员认为基于上述新型陶瓷气凝胶可以设计理想的超级隔热系统并在航天器等领域有所应用。2019年02月15日，相关成果以题为“Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation”的文章在线发表在Science上。

【图文导读】

图1 陶瓷气凝胶材料的结构设计和制备

图2 hBNAGs的材料表征

图3 hBNAGs的机械性能

图4 hBNAGs的热学稳定性以及隔热性能

文献链接：Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav7304）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿，材料牛编辑整理。

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