具有超绝热性能的双负指数陶瓷气凝胶

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Published on Wednesday: 03 July 2019

By:Super User

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陶瓷气凝胶具有密度低、导热系数低、耐火和耐腐蚀性能好等优点，是一种很有吸引力的隔热材料。然而，陶瓷气凝胶由于其脆性和结晶引起的粉化行为，在大的温度梯度或长时间的高温暴露下，往往会发生严重的强度退化和结构破坏。目前有不少工作报道了不同种类的陶瓷气凝胶的合成，如碳化硅气凝胶、氧化铝气凝胶和氧化物气凝胶等，但其通常会出现较明显的热膨胀现象，或由于脆性引起粉化和结构破坏。青年教师郝梦龙团队与美国加州大学洛杉矶分校等单位合作研制出了一种具有中空孔壁结构的六方氮化硼(h-BN)超隔热气凝胶。为了使材料获得空气中的高温热稳定性，选用h-BN作为基本构造单元。同时，设计了具有双曲线结构的分层多孔结构，来使材料具有负泊松比，达到优异的变形性能和断裂韧性。制备方法如下：首先，利用改良的水热还原法和非接触冷冻干燥技术制备了石墨烯气凝胶模板。然后，在石墨烯气凝胶模板上化学气相沉积h-BN纳米层后再刻蚀掉模板，得到了独特的中空孔壁结构。材料表征结果显示，此种气凝胶结构在各项指标上都获得了优异的性能：超低密度(~0.1 mg/cm³)、超弹性(>95%)，超热绝缘(~2.4 mW/mK in vacuo, ~20 mW/mK in air)，在剧烈热震(~275 °C/s)和长期高温暴露(900 °C in air, 1400 °C in vacuo)下的热稳定性，以及负泊松比和负热膨胀系数。该成果发表在Science, 2019, 363(6428): 723-727.。

简报作者: 刘畅（Leo Liu）  责任编辑：林靖，黄阳