哈工大最新Nature，超稳定热绝缘亚晶陶瓷气凝胶！

一、【导读】

极端条件（超过1,000 ℃）下的隔热，如复杂的机械载荷和深空和深地环境中的大温度梯度，需要可靠的结构稳定性和优异的隔热能力。陶瓷气凝胶具有超绝缘能力，其导热系数（κ）小于静止空气（26  mW  m^-1  K^-1)。然而，由于陶瓷气凝胶固有的脆性，其通常在较大的机械应力或热冲击下发生严重的强度退化和结构坍塌，这可能导致其失去隔热性能，并在极端条件下导致灾难性破坏。因此，在极端条件下保持稳健的结构稳定性是保持其可靠隔热的关键。

二、【成果掠影】

近日，哈尔滨工业大学李惠教授、徐翔教授联合美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）段镶锋教授报道了一种具有锯齿形结构的亚晶锆石纳米纤维气凝胶的多尺度设计，该气凝胶在高温下具有优异的热机械稳定性和超低的热导率。气凝胶显示出接近零的泊松比（3.3 × 10^-4）和接近零的热膨胀系数（1.2 × 10^-7/℃），确保了优异的结构灵活性和热机械性能。它们在剧烈的热冲击和高工作温度（高达1300摄氏度）后，具有极高的热稳定性和极低的强度退化（ < 1%）。通过有意将残留的碳物质包裹在亚晶锆石纤维中，大大减少了热辐射传热，并实现了迄今为止陶瓷气凝胶中最低的高温导热系数之一，在1000 ℃下为104 mW/m·K。热机械性能和隔热性能的结合为极端条件下的坚固隔热可以为极端条件下的多种应用提供可靠的隔热材料。该论文以题为“Hypocrystalline ceramic aerogels for thermal insulation at extreme conditions”发表在知名期刊Nature上。

三、【数据概览】

图一、亚晶陶瓷纳米纤维气凝胶的多尺度设计

图二、亚晶ZAGs的制备工艺及材料表征

图三、亚晶ZAGs的机械性能表征

图四、ZAGs的热稳定性和保温性能

四、【成果启示】

本研究展示了具有锯齿形结构的亚晶锆石纳米纤维气凝胶（ZAGs）的多尺度设计和合成，以制备泊松比接近零、热膨胀系数接近零的热力超材料。由此产生的材料具有优异的热机械稳定性和传统陶瓷气凝胶无法企及的高温隔热性能，从而重新定义了一种在极端条件下（如航天器、月球和火星基地、深地探测器、熔炉、太空和防火服）的坚固隔热材料系统。此外，双近零指数气凝胶还为应变敏感电子器件、光学器件和超导器件的热管理提供了机会。

文献链接：Hypocrystalline ceramic aerogels for thermal insulation at extreme conditions (Nature 2022, 606, 909-916)

本文由大兵哥供稿。

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