《气孔率达99.8%!西安交大成功构筑可回复压缩应变量超70%的陶瓷气凝胶》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-03-13
  • 自1931年氧化硅气凝胶问世以来,陶瓷气凝胶就以其低密度、高气孔率、大的比表面积、优异的抗氧化性能和热稳定性,在高温隔热、催化剂载体、过滤和轻质结构材料等领域展现出广泛的应用前景。但是,传统的陶瓷气凝胶基本都是由氧化物纳米颗粒构成,其实际应用往往受限于陶瓷材料的脆性和高温下的体积收缩(氧化硅气凝胶的尺寸稳定温度在600oC以下)。而陶瓷材料的脆性是由于其强的结合引起的,若想改善其力学性能,必须从材料的微观结构上下功夫。

    针对上述问题,西安交通大学材料学院王红洁教授课题组采用化学气相沉积的方法,利用碳化硅陶瓷纳米线的原位生长及自组装,构筑了一种超轻、可压缩回复、耐高温的陶瓷气凝胶。其密度仅为5 mg/cm3,气孔率高达99.8%,最大可回复压缩应变量超过70%,具有优异的隔热(0.026 W/mK)、耐火、抗氧化(空气中可耐受2小时900oC的高温)和耐高温(惰性气氛中可耐受2小时1500oC的高温)性能。同时,该气凝胶还表现出了良好的有机溶剂选择性吸附能力,吸附量达到130-237g g-1,在污水处理和环境治理方面也有潜在应用价值。

    该研究成果近日以“Ultralight, Recoverable, and High Temperature Resistant SiC Nanowire Aerogel”为题,在线发表于国际期刊ACS Nano(影响因子:13.942)。博士生苏磊为论文第一作者,王红洁教授为论文通讯作者,西安交大为唯一作者单位和通讯作者单位。

    该工作得到了国家自然科学基金的资助。 .

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  • 《东华大学Science Advances: 超弹性陶瓷纳米气凝胶的研究》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
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    • 超低密度陶瓷气凝胶由于其低密度和热导率,化学和热力学惰性,高孔隙率和大表面积等优异特性而极具吸引力,并且已经广泛用于催化,电,环境和能量等领域。然而与目前大多数多孔陶瓷材料一样,这些陶瓷气凝胶多为刚性和脆性,在断裂之前只有轻微的弹性变形,除非它们与聚合物混合或在先前存在的碳网络上生长。在仅由陶瓷组分构成的气凝胶中还从未观察到由聚合物或碳制成的气凝胶中获得过超弹性。由于已知陶瓷的特定弹性弯曲应变低于聚合物或碳的弹性弯曲应变,因而在多孔陶瓷网络中实现超弹性将会一次重大挑战。最近,有学者通过柔韧的SiO2纳米纤维与铝硼硅酸盐(AlBSi)基体结合来制备超弹性层状结构陶瓷纳米纤维气凝胶,使得陶瓷气凝胶具备了超弹性。 成果简介 近日,东华大学俞建勇院士及丁彬教授(通讯作者)带领的纳米纤维研究团队在Science Advances上发布了一篇关于陶瓷气凝胶的文章,题为“Ultralight and fire-resistant ceramic nanofibrous aerogels with temperature-invariant superelasticity”。作者通过将SiO2纳米纤维与铝硼硅酸盐基质结合来制备超弹性层状结构陶瓷纳米纤维气凝胶(CNFAs)。这种方法成功地将随机沉积的SiO2纳米纤维大规模组装成具有可调节密度和预期形状的弹性陶瓷气凝胶。CNFAs密度低,可从80%的应变迅速恢复,在1100℃的高温下泊松比为零,具有不随温度而变的超弹性。此外,整体陶瓷特性还为CNFAs提供了强大的耐火性和隔热性能,类新型材料可为轻质,弹性和结构适应性陶瓷的发展提供新方向。 本文通过将分层的细胞纤维结构和AlBSi结合的SiO2纳米纤维的组合,使超轻陶瓷基气凝胶可以具备超弹性。凭借其超低密度,弹性可压缩性,零泊松比,温度不变超弹性,低导热性和耐火性,预计这些卓越的CNFAs材料将在绝热,催化剂载体,吸附剂,柔性电气设备和电磁,能量,声学或振动阻尼等多个领域发挥重要作用。此外,作者还提出了CNFAs制备和弹性机制的基本原则。因此,可以预计,类似于SiO2纳米纤维的其他各种其他陶瓷纳米纤维都可能参与CNFA的制备,为开发新型基于陶瓷的功能性气凝胶提供了机遇。 文献链接:Ultralight and fire-resistant ceramic nanofibrous aerogels with temperature-invariant superelasticity (Sci. Adv., 27 April, 2018 , DOI: 10.1126/sciadv.aas8925).
  • 《超轻陶瓷气凝胶可耐受极端温度》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-02-22
    • 一块陶瓷气凝胶样本“栖息”于一朵花的雄蕊上。图片来源:物理学家组织网 据物理学家组织网近日报道,一个国际科研团队研制出了一种超轻且极其耐用的陶瓷气凝胶,新材料可耐受极端高温并能承受温度的剧烈变化,未来有望用于航天器的隔热保护等。 尽管其体积的99%以上是空气,但气凝胶结构坚固。它们可以由包括陶瓷、碳或金属氧化物等在内的许多类型的材料制成。与其他绝缘体相比,陶瓷气凝胶在耐受极高温方面具有优势,且它们具有密度超低、耐火、耐腐蚀性等特点,因此,自20世纪90年代以来,一直应用于工业设备隔热,也被用于美国国家航空航天局(NASA)的火星探测器中。不过,目前的陶瓷气凝胶非常易碎,且在反复暴露于极端高温和剧烈的温度波动(这在太空旅行中很常见)之后极易破裂。 新研发的陶瓷气凝胶由氮化硼薄层制成,是一种原子以六边形网格状(类似铁丝网)连接的陶瓷材料。实验测试表明,这种材料在1400℃高温下存放一周后机械强度损失不到1%。而且,当工程师在几秒钟内将温度升高到900℃然后降低到零下198℃时,它可以承受数百次这样的温度剧烈波动。 此外,新材料被加热时会收缩,而不是像其他陶瓷一样膨胀,因而比目前最先进的陶瓷气凝胶更柔韧,更具弹性:它可以被压缩到原始体积的5%并完全恢复;而其他现有的气凝胶只能压缩到约20%然后完全恢复。 新材料由美国加州大学洛杉矶分校、伯克利分校、中国哈尔滨工业大学、兰州大学、东南大学以及沙特国王大学等多家机构共同研发,相关论文已发表于美国《科学》杂志上。 研究团队负责人、加州大学洛杉矶分校化学和生物化学教授段镶锋(音译)说,研制这种新气凝胶的技术也可用于制造其他超轻质材料,“这些材料可用于航天器、汽车或其他专用设备的隔热,也可用于热能储存、催化或过滤。”