www.188betkr.com 讯近日，西安交通大学王红洁教授、苏磊特聘研究员课题组在自然子刊Nature Communications上面发布一篇有关新型陶瓷气凝胶的文章，该研究提出了一种创新解决方案，实现新型陶瓷气凝胶高强度与超弹性协同。
陶瓷气凝胶具有轻质、化学稳定和超级隔热等优点，但其应用受到脆性和低强度的限制。为了提高其使用性能，近年来，国内外研究人员相继开发了一系列由柔性陶瓷纳米结构构筑而成的弹性陶瓷气凝胶。该气凝胶克服了传统陶瓷气凝胶的脆性，实现了压缩回弹，但其强度偏低，导致承载能力不足。
2023年11月，王红洁教授课题组基于前期在弹性陶瓷气凝胶变形和隔热机理方面的相关研究，从结构设计的角度，提出并制备了一种由碳化硅基陶瓷纳米线构筑的层状陶瓷气凝胶。
该设计既可以提高纳米线在气凝胶变形过程中的变形抗力，又保持了纳米线在变形中的柔性和可变形能力，实现高强度和高柔性；同时还可以引导热流定向传输，保证其良好的隔热性能。所获得的层状SiC-SiOx纳米线气凝胶，除具有可回复的压缩性能、弹塑性拉伸变形，以及弯曲变形能力外，与其它弹性陶瓷气凝胶相比，其强度和模量增幅最高可达10倍以上，是一种柔而强的陶瓷气凝胶。此外，该气凝胶在较宽的温度范围内（-196到1200°C以上）还表现出良好的热稳定性，以及较低的热导率。
柔而强的陶瓷气凝胶：a) 宏观形貌；b) 截面层状结构；c) 层内纳米线高度交联；d) 压缩回弹性及高承载；e) 弹塑性拉伸变形及高拉强度；f) 可恢复的弯曲变形及高弯曲强度
此次提出的创新解决方案，是通过设计由热解碳和无定形二氧化硅组成的双相节点增强碳化硅纳米线气凝胶，成功打破了强度与弹性之间的传统权衡。
实验测量结合大规模原子/分子并行模拟器与有限元模拟表明，无定形二氧化硅能均匀分布应力以提高负载效率，而热解碳则缓解局部应力集中并防止二氧化硅过早断裂，产生协同效应。所得气凝胶在80%应变下压缩强度高达10.9 MPa，弹性恢复率约90%，为陶瓷气凝胶在高温、低氧和真空等极端条件下的应用开辟了新途径。
具有双相节点设计的高度交联纳米线气凝胶的设计和微观结构特征示意图
a 具有“软-硬”双相节点的高度交联层状陶瓷纳米线气凝胶的设计。b 气凝胶的SEM图像，描绘了气凝胶内纳米线的高度交联特征（代表三个独立样品，n=3）。c 两个相互键合纳米线的TEM图像，以及d 相应的Si、O和C的EDS元素映射（代表三个独立测量，n=3）。红色、蓝色和绿色对比分别对应Si、O和C信号；替代颜色方案产生相同的元素分布。比例尺，200纳米。e 高分辨率TEM图像，显示SiC纳米线表面上的双相SiO?/PyC涂层（代表三个独立观察，n=3）。
参考来源：西安交通大学材料学院、高分子科学前沿
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