可承受1300℃高溫，輕質(zhì)、柔性和可賦形的陶瓷氣凝膠材料

熱設(shè)計 2023-09-18

來源：Advanced Functional Materials

原文：https://doi.org/10.1002/adfm.202309148

01 背景介紹

航空航天、建筑和人類日常生活中極端環(huán)境是普遍存在的，因此開發(fā)有效的熱管理解決方案是非常有必要的。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，人們開發(fā)了各種隔熱材料，包括玻璃纖維，木材，硅酸鹽，泡沫，真空隔熱板(VIP)和氣凝膠等系列材料。氣凝膠已成為最有前途的絕緣材料，由于其具有大孔隙體積和孔隙率的高多孔結(jié)構(gòu)，因此具有超低導熱性和超低密度。二氧化硅和氧化鋁氣凝膠是幾十年前開發(fā)出來的，由于其特殊的防火和耐高溫性能，在航空航天和建筑中得到了極大的關(guān)注和應(yīng)用。然而，這些無機氧化物氣凝膠具有固有的脆性和易受極高溫度(EHT)的影響，限制了它們的實際應(yīng)用。為了克服這些挑戰(zhàn)，人們進行了大量的研究，以提高極高溫（EHT）環(huán)境下氣凝膠的熱穩(wěn)定性和機械性能。盡管一些陶瓷氣凝膠具有耐高溫(1300 - 1600℃)和優(yōu)異的隔熱性能，但它們可能不完全符合受保護的基板，限制了它們在極端環(huán)境中的應(yīng)用潛力。因此，耐高溫性、超保溫性、機械穩(wěn)健性和高柔韌性仍然是陶瓷氣凝膠在惡劣環(huán)境中實際應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

02 成果掠影

近期，中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所王錦研究員和胡東梅研究員針對開發(fā)可廣泛應(yīng)用于極端環(huán)境下可連續(xù)化批量制備的輕質(zhì)、柔性、耐極端高溫、可賦性的陶瓷氣凝膠熱管理材料取得最新進展。在該文中提出了一種可連續(xù)批量化的方法合成具有柔性，輕質(zhì)和可賦形的氧化硅-氧化鋁復合陶瓷氣凝膠(FR-SACA)。該方法通過使用自我犧牲聚合物重新排列二氧化硅氣凝膠微粒和莫來石陶瓷纖維來實現(xiàn)，形成類似鳥巢結(jié)構(gòu)的交叉互扣的增強結(jié)構(gòu)的FRSACA。柔性氧化硅-氧化鋁陶瓷雜化氣凝膠（SACA）具有優(yōu)異的性能，包括0.01 g/cm³的超低密度，0.029 W/mK的低導熱率和高達80%的可逆壓縮率。值得注意的是，20mm厚的FR-SACA在直接暴露于1300°C火焰時，溫度降低1179.6°C，這表明它有可能成為高溫環(huán)境下的熱管理材料。此外，SACA的可變形性使其能夠在具有各種異型結(jié)構(gòu)的表面上進行原位制造，例如平面、彎曲和傾斜形狀，從而為各種結(jié)構(gòu)提供應(yīng)用的可能。鳳凰涅槃工藝為合成具有理想靈活性和適應(yīng)性的陶瓷氣凝膠開辟了新的可能性，有助于在極端條件下進行有效的熱管理。研究成果以“Flexible and Transformable Ceramic Aerogels via a Fire-Reborn Strategy for Thermal Superinsulation in Extreme Conditions”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》。

03 圖文導讀