耐1700°C！211高校院长，「长江学者」，最新AM！

第一作者：Zhen Xu

通讯作者：丁彬，刘一涛

通讯单位：东华大学

丁彬，教授，博士生导师。东华大学科研院院长，教育部“长江学者”特聘教授、国家“万人计划”领军人才、爱思唯尔中国高被引学者。主要研究方向：微纳米纤维材料的成型理论和结构设计及其在功能服装、环境保护、柔性能源、生物医用、食品安全、土工建筑等领域的应用。（信息来源：https://ictst.dhu.edu.cn/2018/0329/c12891a192912/page.htm）

刘一涛，东华大学研究员，博士生导师，2018年9月起任职于东华大学。主要研究方向：无机纳米纤维基柔性能源及催化材料。以课题负责人的身份主持国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金、东华大学“励志计划”等项目。（信息来源：https://ictst.dhu.edu.cn/2020/0413/c12891a239617/page.htm）

论文速览

极端条件下的隔热要求材料能够承受复杂的热机械应力、显著的温度梯度转变和高频热冲击。陶瓷气凝胶优异的结构和功能特性使其在隔热方面具有吸引力。然而，在极端高温环境下（高于1500°C），它们通常表现出有限的绝缘能力和热机械稳定性，这可能导致灾难性事故，而这一问题从未得到有效解决。

本研究针对极端条件下的热绝缘需求，开发了新型的陶瓷超隔热气凝胶。这种材料能够在高达1700°C的高温环境中保持出色的结构稳定性和隔热性能。研究设计的陶瓷超隔热气凝胶通过反应静电纺丝策略构建的交联纳米纤维网络，实现了在极端条件下的卓越热机械稳定性和超隔热性能。该陶瓷超隔热气凝胶具有超低的热导率0.027 W m^–1 k^–1，在1700°C的高温环境中，冷表面温度仅为303°C。即使在从液氮到1700°C火焰的显著温度梯度转换后，该气凝胶仍能承受数千次的剪切、弯曲、压缩等复杂形式的机械作用而不发生结构坍塌。

图文导读

图1：具有聚合物类似属性的高活性无机长链结构，以及通过反应电纺丝制备交联纳米纤维网络结构的陶瓷纳米纤维膜的制备过程。

图2：前驱无机溶胶的特性，以及如何通过优化电纺丝工艺来增加交联点，从而增强机械强度。

图3：陶瓷超隔热气凝胶在室温和经历显著温度梯度转换后的压缩、屈曲和剪切性能，以及在高频振动下的抗力。

图4：陶瓷超隔热气凝胶的隔热机理，不同SiO₂纳米颗粒气凝胶掺杂后的热导率，以及在1700°C下的隔热性能和热冲击后的微观结构。

总结展望

本研究开发的陶瓷超隔热气凝胶在极端高温环境下展现出了卓越的热保护性能，预期将成为制备长期可靠的热防护系统的关键材料。该材料的二元协同结构由纳米纤维和纳米颗粒气凝胶组成，提供了超隔热性能，而交联的纳米纤维网络结构赋予了材料在宽温度区间内长期使用的出色结构稳定性。

本研究深入描述了陶瓷超隔热气凝胶的设计原则和应对复杂多变环境的逻辑，为制备极端高温环境下的热绝缘材料提供了参考和新的理论见解。所用原材料价格低廉，工艺简单。如果能解决批量制备过程中硅气凝胶颗粒的均匀加载问题，有望实现陶瓷超隔热气凝胶的工业化。

文献信息

标题：Ceramic Meta-Aerogel with Thermal Superinsulation up to 1700 °C Constructed by Self-Crosslinked Nanofibrous Network via Reaction Electrospinning

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202401299