@ 2019.02.18 , 13:00

新型超轻质绝热陶瓷气凝胶材料

新发明的一种几乎没有重量的绝缘材料可以承受极端的高热——超出其它同类材料的耐受范围。

多孔气凝胶至少有99%的空间全是空隙,其余部分由被称为六方氮化硼的原子级薄陶瓷制成。研究人员在2月15日的Science杂志上报告说,这一设计被证明可以抵御高温和剧烈的温度变化,上下温差超过1000摄氏度。

“很难制造出极低密度,同时也可以耐高温的材料,”宾夕法尼亚大学的工程师Deep Jariwala在同一期Science杂志针对这一发明评论道。他说,新的超轻绝缘材料可能特别适合用来封装航天器上的部件,这些部件在靠近/远离太阳或重新进入地球大气层时必须承受极端的温度波动。

气凝胶内部是一整套由微小空腔形成的网络,两个相邻空腔之间仅仅由两个原子厚的六方氮化硼层隔开。就像双层玻璃窗在冬天里可以防止热量从房屋内流失一样,双层陶瓷屏障使得热量难以从一个空腔转移到另一个空腔中。加州大学洛杉矶分校的化学家和材料科学家Xiangfeng Duan解释说,热量也很难通过六角形氮化硼层本身传递出去,因为这需要漫长而迂回的热传导路线。

虽然其他陶瓷气凝胶在剧烈的温度变化或长时间的高热暴露下容易分解,但新的气凝胶经受了500次反复的快速加热和冷却过程,温度变化范围从-198°C到900°C,然后在1400°C的温度下连续坚持了一周。

在演示中,研究人员在一块2厘米厚的气凝胶上面放置了一朵鲜花,然后把气凝胶放到了喷灯上方,并点燃喷灯。15分钟后,气凝胶上部表面温度仅为45°C,花朵略微枯萎,而下方的火焰温度为500℃。

加州理工学院的材料科学家Julia Greer表示,由于材料的结构非常稀疏,因此可能无法单独使用。气凝胶具有弹性,柔软且美观。但她说,为了保护气凝胶免遭撕裂,可能必须把它包装在更为坚固的材料中。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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