段镶锋/李惠Materials Today:在极端条件下用于超绝热的弹性陶瓷气凝胶
雨辰 雨辰 2020-12-07

极端条件下的隔热要求材料能够承受剧烈的热冲击以及长时间的高温暴露。因此,新一代弹性陶瓷气凝胶以其结构可调、重量轻、导热系数低、热稳定性高、出色的耐火性和耐腐蚀性以及机械柔韧性强等优点受到人们的青睐。

有鉴于此,加州大学洛杉矶分校段镶锋教授和哈尔滨工业大学李惠教授等人,综述了近年来用于高温隔热的弹性陶瓷气凝胶的研究进展,重点讨论了弹性变形性、热稳定性和绝热性能。

本文要点

1首先总结了各种结构工程策略,包括一维纳米纤维结构和二维纳米层状结构,以赋予弹性,以克服陶瓷材料固有的脆性特性。接下来,讨论了通过调整陶瓷结晶度、抗氧化性和热膨胀行为来进一步提高热稳定性的策略,然后详细阐述降低热导率的方法。最后,重点介绍了具有极低导热性、超高工作温度和优异弹性的优化弹性陶瓷气凝胶,可用于保温、气体催化、储能和环境修复等多种应用。

2在极端条件下实现稳定的隔热,要求材料同时具备机械弹性、高热稳定性和低导热性的优点。然而,对于大多数材料来说,这些关键材料性能之间存在着典型的矛盾关系。通过对结构工程的详细阐述,弹性陶瓷气凝胶是优异的机械弹性,热稳定性和超低导热率的独特组合体。它可在极端条件下(例如,超低温或超高温)实现可靠的热超绝热。1D纳米纤维或2D纳米片的构建增强了陶瓷气凝胶的弹性,在实际应用中可适应复杂的加载状态。到目前为止,陶瓷气凝胶的弹性可达到90%的极限压缩应变,100 kPa的最大压应力和50%的应变疲劳抗力。

3然而,开发经济高效且具有优良机械和热性能的陶瓷气凝胶仍然具有挑战性,制备高弹性、稳定的陶瓷气凝胶仍需要新的工艺和方法。


参考文献:

Xiang Xu et al. Elastic ceramic aerogels for thermal superinsulation under extreme conditions. Materials Today, 2020.

DOI: 10.1016/j.mattod.2020.09.034

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.09.034


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催化;燃料电池;多孔炭材料;炭气凝胶;隔热

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