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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
  • 发布时间：2018-05-14

  • 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).

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