2019年2月15日，哈工大土木工程學(xué)院李惠（Hui Li）教授和加州大學(xué)洛杉磯分校的黃昱、段鑲鋒（共同通訊作者）在Science上在線發(fā)表了題為“Double-negative-indexceramic aerogels for thermal superinsulation”的文章。

論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/363/6428/723

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。

哈工大李惠教授和加州大學(xué)洛杉磯分校的黃昱、段鑲鋒（共同通訊作者）報道了一種具有雙曲結(jié)構(gòu)的三維hBN陶瓷氣凝膠，同時具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)和負(fù)的泊松比，具備超輕、高力學(xué)強(qiáng)度和超級隔熱三大特點。

研究團(tuán)隊利用三維石墨烯氣凝膠模板設(shè)計合成了同時具有強(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）以及長期高溫暴露過程中，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)計理想的超級隔熱系統(tǒng)并在航天器等領(lǐng)域有所應(yīng)用。

2019年2月15日，相關(guān)成果以題為“Double-negative-indexceramic aerogels for thermal superinsulation”的文章在線發(fā)表在Science上。

Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation

（Science，2019， DOI：10.1126/science.aav7304）

圖1. 設(shè)計與制備過程

圖2. 材料表征

徐翔，1985年生，哈工大土木工程學(xué)院副教授。

2010-2014年，哈工大土木工程學(xué)院防災(zāi)減災(zāi)工程及其防護(hù)工程，博士（導(dǎo)師：李惠教授）。

2012-2013年，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校結(jié)構(gòu)與材料工程系，CSC聯(lián)合培養(yǎng)博士。

2015-2017年，哈工大航天學(xué)院復(fù)合材料研究所，博士后（李宜彬課題組）。

2015-2016年，美國哥倫比亞大學(xué)地球與環(huán)境系，博士后。

2016-2018年，美國加州大學(xué)洛杉磯分?；瘜W(xué)與生物系，博士后。

張強(qiáng)強(qiáng)，蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)教育部重點實驗室副教授。哈工大2012級工程力學(xué)博士，2016年進(jìn)入蘭州大學(xué)工作。

2015年報道，李惠教授課題組成功研制出了一種新型智能石墨烯氣凝膠材料，該材料為已報道的目前世界上最輕的磁彈性體材料，相關(guān)研究成果發(fā)表于國際期刊《美國化學(xué)會納米》，徐翔為第一作者。

2016年報道，由哈工大李惠教授指導(dǎo)的2012級博士研究生張強(qiáng)強(qiáng)以第一作者身份在國際著名期刊《先進(jìn)材料》上發(fā)表題為“雙曲形貌3D石墨烯超材料負(fù)泊松比和超材料研究”的科研論文，在國際上首次研究了三維石墨烯材料中存在的負(fù)泊松比效應(yīng)和超彈性特征。李惠教授和徐翔為共同通訊作者。

同年，李惠教授課題組張強(qiáng)強(qiáng)、紐約州立大學(xué)布法羅分校Chi Zhou博士和堪薩斯州立大學(xué)Dong Lin博士等人，在納米技術(shù)雜志《Small》上報告以石墨烯為原料利用3D打印技術(shù)制造石墨烯氣凝膠，使得制備這種世界上最輕的材料變的容易許多。

來源：今日哈工大