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科研动态|科研人员在弹性陶瓷气凝胶研究领域取得新进展
2020-06-28 09:17:58


高效隔热材料的力学性能、热稳定性和化学稳定性是保证其安全应用的关键。与传统隔热材料相比,陶瓷气凝胶的低导热系数和优异的化学稳定性(如耐火和耐腐蚀性能等)赋予了其明显的优势。但是,传统陶瓷气凝胶一般由氧化物纳米颗粒组成,其脆性和高温下的结构坍塌限制了其实际应用。近年来,以柔而韧的陶瓷纳米结构构筑陶瓷气凝胶材料,实现了陶瓷气凝胶从脆性向弹性的转变。但这类材料一般具有随机分布的气孔结构,通常表现出较低的刚度。同时,与传统陶瓷气凝胶的纳米孔结构不同,这种随机分布的气孔不能有效降低热传导,从而造成其相对较高的热导率。

为了解决上述问题,王红洁教授课题组以SiC纳米线为基本构筑单元,通过各向异性的多级孔结构设计,构筑具有各向异性气孔和多级热阻结构的SiC@SiO2纳米线气凝胶:一方面利用各向异性的孔结构作为增强肋提高其轴向比模量,另一方面利用多级导热屏障降低其径向热导率,最终获得轴向比模量高达24.7 kN·m·kg-1、径向热导率仅为0.014 W·m-1K-1的弹性陶瓷气凝胶,实现了弹性陶瓷气凝胶力学性能和隔热性能的同步提升。

 

上述成果以“Anisotropic and hierarchical SiC@SiO2 nanowire aerogel with exceptional stiffness and stability for thermal superinsulation”为题,于近日在线发表于国际权威期刊Science Advances(影响因子:12.804)。该成果是课题组在弹性陶瓷气凝胶研究领域取得的多项成果(ACS Nano, 2018, 12, 3103;ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 15795; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 45338; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 8555等)之后的又一成果。

论文第一作者为西安交通大学苏磊博士,通讯作者为王红洁教授,西安交大为第一作者单位和通讯作者单位,美国加州大学欧文分校的潘晓晴教授团队也参与了部分研究工作。

该工作得到国家自然科学基金(51772237)、国家111计划2.0(BP2018008)、陕西省创新能力支持计划(2018TD-031)和西安交通大学创新能力提升计划(PY3A033)等项目的支持。

论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/26/eaay6689

 

编辑:yxh0503