高性能隔热陶瓷材料具有坚固的机械性能、耐高温性能和优异的隔热性能,是极端条件下热管理系统的理想材料。然而,传统的陶瓷颗粒气凝胶的脆性和刚性仍然限制了其大规模应用,而陶瓷纤维气凝胶往往表现出较高的导热系数。
近日,东华大学丁彬教授,Yang Si提出了一种简便的制备纳米纤维颗粒二元协同陶瓷气凝胶的方法,所制备的气凝胶既具有弹性和坚固的力学性能,又具有优异的隔热性能。
文章要点
1)该方法包括交联二氧化硅颗粒气凝胶(SGAs)和ZrO2-SiO2纳米纤维层以形成层状多拱形蜂窝状3D网络。纳米颗粒相互连接的SiO2气凝胶网络是复合气凝胶具有低导热系数的原因,而多拱形薄片和柔性纳米纤维则确保了其出色的机械性能。
2)得到的复合陶瓷气凝胶具有轻质(23 mg cm−3)、超弹性(可恢复压缩应变高达80%)、优异的抗疲劳性(1000次循环压缩后塑性变形为1.2%)和低导热系数(0.024 W m−1 K−1)。此外,由于陶瓷材料的耐高温和结构热稳定性,气凝胶在超低(−196 °C)和超高(1100 °C)温度下都保持了弹性。
本研究提出的制备纳米纤维-颗粒复合陶瓷气凝胶的简单技术具有很大的实际应用潜力。
参考文献
Xinxin Zhang, et al, All-Ceramic and Elastic Aerogels with Nanofibrous-Granular Binary Synergistic Structure for Thermal Superinsulation, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.1c09668
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09668