双负指数陶瓷气凝胶用于超隔热

陶瓷气凝胶具有低密度、低热导系数和优异的耐火、耐腐蚀特性，因此被视为优异的隔热材料。然而，由于具有较高的脆性以及易引起结晶诱导的粉碎行为，陶瓷气凝胶在大的热梯度环境中或长时间暴露在高温下，往往会发生强度退化甚至结构坍塌。

徐翔、段镶锋等人在有限元设计模拟的基础上，实验制备了具有双层墙结构的氮化硼（BN）气凝胶。制备步骤为，首先利用氧化石墨烯（GO）组成具有拉胀结构的气凝胶模板，然后将环硼氮烷通过氩气气流引入模板进行化学气相沉积，得到具有BN-GO-BN夹层结构的复合气凝胶，最后通过高温氧化处理去除夹层中的氧化石墨烯，得到具有BN-BN双层墙结构的陶瓷气凝胶。

研究表明，这种具有双层墙结构的氮化硼气凝胶兼具负泊松比（-0.25）和负的热膨胀系数（-1.8x10^-6/℃）。其热稳定性和抗氧化性良好，在氩气氛围中1500℃以下、空气氛围中900℃以下都能保持稳定存在。同时，该气凝胶在面对275℃/s的急剧升降温时，其多孔形态不会发生明显改变，其力学强度几乎保持不变，表现出优异的耐热振性。此外，该气凝胶还表现出超低的热导率。其在真空中和空气中的热导率分别为~2.4 mW/m·K和~20 mW/m·K。研究人员表示，这种新型陶瓷气凝胶可用于设计理想的超级隔热系统并在航天器等领域得到应用。该成果发表在Science 363, 723–727 (2019)上。

简报作者: 李根 责任编辑：黄阳

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