中科院等科學傢合作在氮化硼氣凝膠研究中獲進展

氣凝膠,被譽為改變世界的新材料,具有孔隙率高、比表面積大、密度低、絕熱性能好等優異理化性質,在熱/聲/電絕緣、催化劑/藥物載體、星際塵埃收集、環境修復、能源與傳感等領域具有重要應用前景。然而,其自身力學缺陷,如強度弱、易脆、變形能力差等弊端,尤其是較寬溫度范圍內抵抗不同載荷沖擊能力,成為氣凝膠獲得實際應用的最重要障礙之一。

針對上述問題,中國科學院科學傢團隊——蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張學同領導的氣凝膠團隊與德國科學傢合作,將實驗設計與理論計算相結合,通過溶劑組分調控氫鍵網絡,尋找到一條簡便、高效、綠色的合成路徑,成功制備得到超柔性氮化硼納米帶氣凝膠,並實現瞭氣凝膠材料在很寬溫度范圍內(-196°C~1000°C)及不同載荷沖擊形式(壓縮、彎曲、扭曲、剪切等)下的柔性保持。

研究表明,該氮化硼氣凝膠由超薄(~3.2 nm)、大長徑比(幾百)、多孔帶狀納米結構相互纏繞、搭接而成,表現出超輕(~15 mg cm-3)、熱絕緣(~0.035 W/mK)、高比表面積(~920 m2g-1)及優異的力學性能。該氣凝膠在多次循環壓縮、扭曲、彎曲、剪切等不同載荷下,可保持結構不被破壞、且可快速恢復至原有形狀。當該氣凝膠被浸泡在液氮中,其壓縮-回彈性能仍能夠很好保持。進一步地,當氮化硼氣凝膠被放置於酒精燈火焰或高於1000°C的管式爐(空氣氛圍)時,其穩定的力學柔性仍被完好保留,且可承受不同載荷的沖擊。上述氮化硼氣凝膠的超柔性展示如下圖所示。

該工作以Boron Nitride Aerogels with Super-Flexibility Ranging from Liquid Nitrogen Temperature to 1000°C 為題,發表在國際期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials, 2019, 29,1900188)上。

中科院等科學傢合作在氮化硼氣凝膠研究中獲進展

圖:納米帶氣凝膠在液氮、火焰、高溫空氣氛圍(>1000°C)下,承受不同載荷的柔性形變-回彈行為

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