陶瓷氣凝膠由于低密度、大比表面積、優(yōu)異的耐火性和低導(dǎo)熱性等特性在熱/聲/電絕緣、催化劑載體、過濾器和儲能材料等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。
但是，由于其固有的珍珠項(xiàng)鏈狀的微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其不能形成有效的連續(xù)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。
雖然已有研究利用柔性一維纖維、陶瓷海綿等解決陶瓷氣凝膠的機(jī)械性能，但是這些氣凝膠在外力作用下或長時間暴露于高溫下會發(fā)生嚴(yán)重的強(qiáng)度退化和結(jié)構(gòu)崩潰，可能會引發(fā)災(zāi)難性事件。
因此，具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度（高強(qiáng)度和超彈性）以及優(yōu)異的耐高溫性的陶瓷纖維氣凝膠是在極端情況下可靠應(yīng)用陶瓷氣凝膠的關(guān)鍵。
東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心的丁彬團(tuán)隊(duì)受到具有海綿狀彈簧狀層狀多孔結(jié)構(gòu)的木質(zhì)海綿非凡機(jī)械性能的啟發(fā)，將柔性的ZrO2－Al2O3納米纖維與Al(H2PO4)3（AHP）基質(zhì)相結(jié)合，開發(fā)了具有各向異性、具有層狀結(jié)構(gòu)和恒定機(jī)械性能的ZrO2–Al2O3納米纖維氣凝膠（ZrAlNFAs）。
由于具有許多堆疊平行排列的多拱形微尺度結(jié)構(gòu)組成的層狀結(jié)構(gòu)，ZrAlNFAs在90％的應(yīng)變下表現(xiàn)出高達(dá)1100 kPa的高壓縮強(qiáng)度，在60％的應(yīng)變下表現(xiàn)出1000次壓縮的抗疲勞性。
此外，層狀結(jié)構(gòu)、高孔隙率（> 98％）和全陶瓷成分使ZrAlNFAs具有溫度不變的可壓縮性、高達(dá)1300°C的高耐火性、低至0.0322 W／m／K的導(dǎo)熱性以及高溫隔熱性能，使它們在極端環(huán)境下可以被認(rèn)為是現(xiàn)有隔熱材料的有前途的替代品。
該成果以“Ultrastrong, Superelastic, and Lamellar Multiarch Structured ZrO2－Al2O3 Nanofibrous Aerogels with High-Temperature Resistance over 1300℃”為題發(fā)表在《ACS NANO》上。
▲ZrAlNFAs的制備及結(jié)構(gòu)表征
▲ZrAlNFAs的機(jī)械性能和壓縮機(jī)制
▲ZrAlNFAs的溫度不變超彈性
▲ZrAlNFAs的隔熱性能
