蘭州大學土木工程與力學學院青年教授張強強與哈爾濱工業大學、美國加州大學洛杉磯分校和伯克利分校的學者合作，研制出一種同時具備超輕、高力學強度和超級隔熱三大特點的陶瓷氣凝膠。利(li)用(yong)其設計的超級隔(ge)熱(re)系統可應用(yong)于航天器等領域(yu)。該成果(guo)日前在線發(fa)表于《科學》。

超(chao)級隔熱陶瓷氣(qi)凝膠材料在高(gao)溫(wen)下保持(chi)了結構穩定的良好力學和耐高(gao)溫(wen)性能。蘭州(zhou)大學供(gong)圖

       張強強介紹說，氣凝膠結構堅固，可由陶瓷、碳或金屬氧化物等許多材料制成。與其他絕緣體相比，陶瓷氣凝膠以其低密度、低熱導率和良好的耐火、耐腐蝕特性，被認為是理想的隔熱材料。自 20 世紀 90 年代以來，陶瓷氣凝膠一直應用于工業設備隔熱，也被用于美國宇航局的火星探測器中。

       然而，質脆以及晶化誘導的粉碎行為，使陶瓷氣凝膠在顯著的溫度梯度變化或長期高溫暴露中表現出嚴重的強度退化，甚至破裂的現象。鑒于極端條件下的隔熱要求，材料應具備異常優異的穩定性，同時具備強大的機械和熱學穩定性。這成為陶瓷氣凝膠在隔熱領域進一步發展應用的主要障礙。

       此次研究人員利用多尺度結構化設計和三維石墨烯氣凝膠模板化制備，合成了同時具有強大的機械和熱學穩定性的氮化硼以及碳化硅陶瓷氣凝膠材(cai)料。這(zhe)(zhe)類陶瓷材(cai)料由納(na)米層狀雙窗格壁(bi)組成(cheng)，整體呈現(xian)出超(chao)低(di)密度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)雙曲線(xian)構(gou)造形態(tai)。這(zhe)(zhe)一特殊(shu)結構(gou)使材(cai)料在維持熱(re)穩定性的(de)(de)(de)(de)同(tong)時(shi)依然表現(xian)出優異的(de)(de)(de)(de)可變形性和斷裂韌性。同(tong)時(shi)，在劇烈的(de)(de)(de)(de)熱(re)振(zhen)測試(shi)以及長(chang)期高溫暴(bao)露(lu)過程(cheng)中，這(zhe)(zhe)類材(cai)料表現(xian)出優異的(de)(de)(de)(de)熱(re)穩定性，機械(xie)強度(du)(du)損失不到(dao) 1%。另一方面，從 2D 納(na)米片獲得(de)的(de)(de)(de)(de) 3D 分(fen)層結構(gou)將(jiang)氣凝膠分(fen)成(cheng)微小的(de)(de)(de)(de)單(dan)元，使得(de)它們之間(jian)的(de)(de)(de)(de)空(kong)氣對(dui)流減(jian)少，從而實現(xian)低(di)于空(kong)氣的(de)(de)(de)(de)超(chao)低(di)的(de)(de)(de)(de)熱(re)導率。因此(ci)，這(zhe)(zhe)種(zhong)材(cai)料可承(cheng)受數(shu)百次溫度(du)(du)在幾(ji)秒鐘內升高到(dao) 900℃ 然后降低(di)到(dao) －198℃ 的(de)(de)(de)(de)劇烈波(bo)動(dong)。