陶瓷氣凝膠由于低密度、大比表面積、優(yōu)異的耐火性和低導熱性等特性在熱/聲/電絕緣、催化劑載體、過濾器和儲能材料等領域中得到廣泛應用。
但是，由于其固有的珍珠項鏈狀的微觀結(jié)構(gòu)導致其不能形成有效的連續(xù)結(jié)構(gòu)，在實際應用中受到限制。
雖然已有研究利用柔性一維纖維、陶瓷海綿等解決陶瓷氣凝膠的機械性能，但是這些氣凝膠在外力作用下或長時間暴露于高溫下會發(fā)生嚴重的強度退化和結(jié)構(gòu)崩潰，可能會引發(fā)災難性事件。
因此，具有足夠的機械強度（高強度和超彈性）以及優(yōu)異的耐高溫性的陶瓷纖維氣凝膠是在極端情況下可靠應用陶瓷氣凝膠的關鍵。
東華大學紡織科技創(chuàng)新中心的丁彬團隊受到具有海綿狀彈簧狀層狀多孔結(jié)構(gòu)的木質(zhì)海綿非凡機械性能的啟發(fā)，將柔性的ZrO2－Al2O3納米纖維與Al(H2PO4)3（AHP）基質(zhì)相結(jié)合，開發(fā)了具有各向異性、具有層狀結(jié)構(gòu)和恒定機械性能的ZrO2–Al2O3納米纖維氣凝膠（ZrAlNFAs）。
由于具有許多堆疊平行排列的多拱形微尺度結(jié)構(gòu)組成的層狀結(jié)構(gòu)，ZrAlNFAs在90％的應變下表現(xiàn)出高達1100 kPa的高壓縮強度，在60％的應變下表現(xiàn)出1000次壓縮的抗疲勞性。
此外，層狀結(jié)構(gòu)、高孔隙率（> 98％）和全陶瓷成分使ZrAlNFAs具有溫度不變的可壓縮性、高達1300°C的高耐火性、低至0.0322 W／m／K的導熱性以及高溫隔熱性能，使它們在極端環(huán)境下可以被認為是現(xiàn)有隔熱材料的有前途的替代品。
該成果以“Ultrastrong, Superelastic, and Lamellar Multiarch Structured ZrO2－Al2O3 Nanofibrous Aerogels with High-Temperature Resistance over 1300℃”為題發(fā)表在《ACS NANO》上。
▲ZrAlNFAs的制備及結(jié)構(gòu)表征
▲ZrAlNFAs的機械性能和壓縮機制
▲ZrAlNFAs的溫度不變超彈性
▲ZrAlNFAs的隔熱性能
