最新Science:超級陶瓷氣凝膠隔熱材料

陶瓷氣凝膠由於其低密度和熱導率,化學和熱力學惰性,高孔隙率和大表面積等優異特性而被認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,在斷裂之前隻有輕微的彈性變形,因此提高陶瓷氣凝膠的機械穩定性和熱穩定性就成為其在隔熱領域進一步發展應用的主要研究。

近期,哈爾濱工業大學的Hui Li等人和加州大學洛杉磯分校的黃昱、段鑲鋒合作合成瞭具備超輕、高力學強度和超級隔熱三大特點的氮化硼(hBNAGs)以及碳化矽(βSiCAGs)陶瓷氣凝膠材料。在這項研究中,設計並合成的陶瓷氣凝膠具有納米雙層玻璃壁的雙曲線結構,並且其具有負泊松比(-0.25)和負的線性熱膨脹系數(-1.8×10-6 /°C)。此種氣凝膠超低密度可達~0.1毫克/立方厘米,超彈性高達95%,在劇烈熱沖擊(275°C /秒)或1400攝氏度的強熱應力下幾乎沒有強度損失,以及其真空中的超低導熱系數為(~2.4 mW / m·K),空氣中的導熱系數為(~20 mW / m·K)。因此這種堅固的材料系統非常適用於極端條件下的超熱絕緣,例如在航天器領域中的應用等。

最新Science:超級陶瓷氣凝膠隔熱材料

陶瓷氣凝膠材料的設計與制備過程

首先制造石墨烯氣凝膠當作模板,然後在模板上生長hBN層。最終得到hBN(2D陶瓷)原子薄壁雙曲氣凝膠,其中相互連接的有晶格缺陷的原子級超薄平面形成蜂窩網絡。

該種氣凝膠具有負泊松比(-0.25)和負的線性熱膨脹系數(-1.8X10-6 per ℃),超高力學性能和超低導熱性,這些特點使之在極端條件下具有良好的應用前景。

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