來源：Advanced Functional Materials原文：https://doi.org/10.1002/adfm.202309148
航空航天、建筑和人類日常生活中極端環境是普遍存在的，因此開發有效的熱管理解決方案是非常有必要的。為了應對這一挑戰，人們開發了各種隔熱材料，包括玻璃纖維，木材，硅酸鹽，泡沫，真空隔熱板(VIP)和氣凝膠等系列材料。氣凝膠已成為最有前途的絕緣材料，由于其具有大孔隙體積和孔隙率的高多孔結構，因此具有超低導熱性和超低密度。二氧化硅和氧化鋁氣凝膠是幾十年前開發出來的，由于其特殊的防火和耐高溫性能，在航空航天和建筑中得到了極大的關注和應用。然而，這些無機氧化物氣凝膠具有固有的脆性和易受極高溫度(EHT)的影響，限制了它們的實際應用。為了克服這些挑戰，人們進行了大量的研究，以提高極高溫（EHT）環境下氣凝膠的熱穩定性和機械性能。盡管一些陶瓷氣凝膠具有耐高溫(1300 - 1600℃)和優異的隔熱性能，但它們可能不完全符合受保護的基板，限制了它們在極端環境中的應用潛力。因此，耐高溫性、超保溫性、機械穩健性和高柔韌性仍然是陶瓷氣凝膠在惡劣環境中實際應用的關鍵挑戰。
02 成果掠影
近期，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所王錦研究員和胡東梅研究員針對開發可廣泛應用于極端環境下可連續化批量制備的輕質、柔性、耐極端高溫、可賦性的陶瓷氣凝膠熱管理材料取得最新進展。在該文中提出了一種可連續批量化的方法合成具有柔性，輕質和可賦形的氧化硅-氧化鋁復合陶瓷氣凝膠(FR-SACA)。該方法通過使用自我犧牲聚合物重新排列二氧化硅氣凝膠微粒和莫來石陶瓷纖維來實現，形成類似鳥巢結構的交叉互扣的增強結構的FRSACA。柔性氧化硅-氧化鋁陶瓷雜化氣凝膠（SACA）具有優異的性能，包括0.01 g/cm3的超低密度，0.029 W/mK的低導熱率和高達80%的可逆壓縮率。值得注意的是，20mm厚的FR-SACA在直接暴露于1300°C火焰時，溫度降低1179.6°C，這表明它有可能成為高溫環境下的熱管理材料。此外，SACA的可變形性使其能夠在具有各種異型結構的表面上進行原位制造，例如平面、彎曲和傾斜形狀，從而為各種結構提供應用的可能。鳳凰涅槃工藝為合成具有理想靈活性和適應性的陶瓷氣凝膠開辟了新的可能性，有助于在極端條件下進行有效的熱管理。研究成果以“Flexible and Transformable Ceramic Aerogels via a Fire-Reborn Strategy for Thermal Superinsulation in Extreme Conditions”為題發表于《Advanced Functional Materials》。
圖1.圖1.SACA和FR - SACA的制備及光學照片。
圖2.普通復合薄膜的燃燒過程、鳳凰涅槃燃燒過程及其機理示意圖。
圖3.SACA和FR - SACA的結構表征。
圖4.SACA和FR - SACA的物理性能表征。
圖5.FR-SACAs的高溫隔熱性能。
圖6.FR-SACA隔熱防火涂料在實際應用中的燃燒實驗和隔熱機理。
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