陶瓷氣凝膠

哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木學(xué)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，該論文于北京時間6月29日晚，以《半晶質(zhì)陶瓷氣凝膠極端隔熱材料》（Hypocrystalline ceramic aerogels for thermal insulation at extreme conditions）為題發(fā)表在Nature（最新影響因子為69.504）上。論文鏈接https://www.nature.com/articles/s41586-022-04784-0 該研究為是兩位教授2019年發(fā)表于Sc…

陶瓷氣凝膠是迄今為止已知的最輕的固體材料，具有超低熱導(dǎo)率、超高孔隙率和大比表面積，使其成為隔熱、催化劑載體和超濾材料的理想候選材料。然而，由于低效的晶間連接和陶瓷的脆性、裂紋敏感性，傳統(tǒng)的陶瓷氣凝膠通常表現(xiàn)出非常低的強(qiáng)度和脆性。多孔材料的機(jī)械性能與其組成材料的化學(xué)鍵及其微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。對于陶瓷而言，強(qiáng)共價鍵和離子鍵通常會帶來高強(qiáng)度，但缺乏足夠的位錯滑移系統(tǒng)，因此應(yīng)力更容易集中在裂紋尖端，導(dǎo)致裂紋敏感性和脆性。最近，在基于柔性納米結(jié)構(gòu)的陶瓷氣凝膠中實現(xiàn)了可逆壓縮。然而，這些改性氣凝膠在張力下仍然表現(xiàn)…

隔熱材料在節(jié)能、熱保護(hù)等領(lǐng)域具有重要意義。本文利用可控定向冷凍鑄造方法制備了的氣凝膠呈現(xiàn)各種突出的性能。包括：徑向熱超絕熱性能、可恢復(fù)徑向壓縮、高軸向剛度、良好的熱、化學(xué)穩(wěn)定性（甚至在含氧環(huán)境中1200℃時也能穩(wěn)定）。這些綜合的特性保證了該氣凝膠作為一種有前景的隔熱材料在極端環(huán)境下的安全應(yīng)用。 具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度、高效率、出色的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的隔熱材料對于節(jié)能和熱保護(hù)的安全應(yīng)用建筑、工業(yè)和航空航天領(lǐng)域具有重要意義。與傳統(tǒng)的絕熱材料相比，陶瓷氣凝膠由于其低的熱導(dǎo)率（例如二氧化硅氣凝膠熱導(dǎo)率為1…

擁有優(yōu)良機(jī)械性能的阻熱材料被廣泛應(yīng)用于建筑、工廠以及航天飛行器等。相比傳統(tǒng)的阻熱材料，陶瓷氣凝膠擁有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和阻熱性能（熱傳導(dǎo)率僅為12-20 mW/m·K），因此，陶瓷氣凝膠在阻熱領(lǐng)域有十分廣闊的應(yīng)用前景。但是陶瓷氣凝膠質(zhì)地十分脆，在高溫下會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上的破壞，這些缺點限制了陶瓷氣凝膠的應(yīng)用。 為了解決這些缺陷，近幾年的研究都集中在利用納米材料制作阻熱氣凝膠，如氧化物納米纖維海綿、Si3N4納米帶狀氣凝膠等等。由納米材料組合而成的氣凝膠雖然提升了氣凝膠的機(jī)械性能，但是納米纖維組裝過程中形…

日前，哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院李惠教授課題組徐翔副教授以第一作者身份在國際著名期刊《科學(xué)》（Science，2018年影響因子為41.058）上發(fā)表了題為《雙負(fù)陶瓷氣凝膠超隔熱材料》（Double-negative-index ceramicaerogels for thermal superinsulation）的科研論文，李惠教授和加州大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒教授、黃昱教授三人為共同通訊作者，團(tuán)隊研制出了一種超輕且極其耐用的陶瓷氣凝膠，新材料可耐受極端高溫并能承受溫度的劇烈變化，未來有望用于航天器的隔熱保護(hù)等。哈工大研發(fā)新型陶瓷氣凝膠將有望用于航天器隔熱該研究成果被劍橋大學(xué)Manish Ch

陶瓷氣凝膠由于其低密度和熱導(dǎo)率，化學(xué)和熱力學(xué)惰性，高孔隙率和大表面積等優(yōu)異特性而被認(rèn)為是良好的隔熱材料。然而這些陶瓷氣凝膠多為剛性和脆性，在斷裂之前只有輕微的彈性變形，因此提高陶瓷氣凝膠的機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性就成為其在隔熱領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用的主要研究。近期，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的Hui Li等人和加州大學(xué)洛杉磯分校的黃昱、段鑲鋒合作合成了具備超輕、高力學(xué)強(qiáng)度和超級隔熱三大特點的氮化硼（hBNAGs）以及碳化硅（βSiCAGs）陶瓷氣凝膠材料。在這項研究中，設(shè)計并合成的陶瓷氣凝膠具有納米雙層玻璃壁的雙曲線結(jié)構(gòu)，并且其具有負(fù)泊松比（-0.25）和負(fù)的線性熱膨脹系數(shù)（-1.8×10-6 /°C）。此種氣凝

該研究成果基于5年的石墨烯氣凝膠基礎(chǔ)研究，并歷時2年完成。該論文第一作者、哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院副教授徐翔向《中國科學(xué)報》介紹，前期的基礎(chǔ)研究完成了石墨烯氣凝膠的超彈性、負(fù)泊松比、超輕、導(dǎo)電、流體行為、耗能行為等研究。于是，研究團(tuán)隊在負(fù)泊松比增強(qiáng)石墨烯氣凝膠變形特性的研究基礎(chǔ)上，采用在石墨烯氣凝膠模板原位沉積陶瓷的CVD技術(shù)，并通過加熱刻蝕模板的方法，使得制備所得的陶瓷氣凝膠不但獲得了負(fù)泊松比特性，并通過孔壁的“雙壁”亞結(jié)構(gòu)，同時實現(xiàn)了陶瓷氣凝膠的負(fù)熱膨脹特性，從而極大增強(qiáng)了陶瓷氣凝膠的力學(xué)及熱學(xué)等性能。據(jù)了解，與聚合物和環(huán)氧樹脂不同，陶瓷材料不易熔化、分解或軟化；與諸如有機(jī)物的其他物質(zhì)相

自1931年氧化硅氣凝膠問世以來，陶瓷氣凝膠就以其低密度、高氣孔率、大的比表面積、優(yōu)異的抗氧化性能和熱穩(wěn)定性，在高溫隔熱、催化劑載體、過濾和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。但是，傳統(tǒng)的陶瓷氣凝膠基本都是由氧化物納米顆粒構(gòu)成，其實際應(yīng)用往往受限于陶瓷材料的脆性和高溫下的體積收縮（氧化硅氣凝膠的尺寸穩(wěn)定溫度在600oC以下）。而陶瓷材料的脆性是由于其強(qiáng)的結(jié)合引起的，若想改善其力學(xué)性能，必須從材料的微觀結(jié)構(gòu)上下功夫。針對上述問題，西安交通大學(xué)材料學(xué)院王紅潔教授課題組采用化學(xué)氣相沉積的方法，利用碳化硅陶瓷納米線的原位生長及自組裝，構(gòu)筑了一種超輕、可壓縮回復(fù)、耐高溫的陶瓷氣凝膠。其密度僅為5 m