【引言】

陶瓷氣凝膠以其低密度、低熱導(dǎo)率和良好的耐火、耐腐蝕特性而被認(rèn)為是理想的隔熱材料。然而，質(zhì)脆以及晶化誘導(dǎo)的粉碎行為使得陶瓷氣凝膠常常在顯著的溫度梯度變化或者長(zhǎng)期的高溫暴露中表現(xiàn)出嚴(yán)重的強(qiáng)度退化甚至結(jié)構(gòu)崩塌的現(xiàn)象。鑒于極端條件下的隔熱要求相應(yīng)的材料具備異常優(yōu)異的穩(wěn)定性，因此同時(shí)具備強(qiáng)大的機(jī)械和熱學(xué)穩(wěn)定性就成為陶瓷氣凝膠在隔熱領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用的主要障礙。

【成果簡(jiǎn)介】

近期，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李惠研究員和加州大學(xué)洛杉磯分校的黃昱、段鑲鋒（共同通訊作者）等人利用三維石墨烯氣凝膠模板設(shè)計(jì)合成了同時(shí)具有強(qiáng)大的機(jī)械和熱學(xué)穩(wěn)定性的氮化硼（hBNAGs）以及碳化硅（βSiCAGs）陶瓷氣凝膠材料。這類陶瓷材料由納米層狀雙窗格壁組成，整體呈現(xiàn)出超低密度的雙曲線構(gòu)造形態(tài)。而這一特殊結(jié)構(gòu)賦予材料負(fù)泊松比（-0.25）以及負(fù)線性熱膨脹系數(shù)（-1.8x10^-6/℃），致使材料維持熱穩(wěn)定性的同時(shí)依然能表現(xiàn)出優(yōu)異的可變形性和斷裂韌性。在劇烈的熱休克（大約275℃/s）以及長(zhǎng)期高溫暴露過(guò)程中，這類材料表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及幾乎為零的強(qiáng)度損失。同時(shí)此種氣凝膠還表現(xiàn)出超低的熱導(dǎo)率（在真空中約為2.4 mW/m·K，在空氣中約為20 mW/m·K），因此研究人員認(rèn)為基于上述新型陶瓷氣凝膠可以設(shè)計(jì)理想的超級(jí)隔熱系統(tǒng)并在航天器等領(lǐng)域有所應(yīng)用。2019年02月15日，相關(guān)成果以題為“Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation”的文章在線發(fā)表在Science上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 陶瓷氣凝膠材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備

圖2 hBNAGs的材料表征

圖3 hBNAGs的機(jī)械性能

圖4 hBNAGs的熱學(xué)穩(wěn)定性以及隔熱性能 

文獻(xiàn)鏈接：Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav7304）