西安交大科研人员在弹性陶瓷气凝胶研究领域取得新进展

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＠ＳｉＯ ２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＠ＳｉＯ２ｎａｎｏｗｉｒｅ ａｅｒｏｇｅｌ ｗｉｔｈ ｅｘｃｅｐｔｉ ｏｎａｌ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｔｈｅｒ ｍａｌ 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， １ ２， ３１０３；ＡＣＳ Ａｐｐｌ． Ｍａｔｅｒ． Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ， ２０１９， １１， １５７９５； ＡＣＳ Ａｐｐｌ． Ｍａｔｅｒ． Ｉｎｔ ｅｒｆａｃｅｓ， ２０１９， １１， ４５３３８； ＡＣＳ Ａｐｐｌ． Ｍ ａｔｅｒ． 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、陕西省创新能力支持计划和西安交通大学创新能 力提升计划等项目的支持。 [19] \t