高度稳定的气凝胶可以保护消防队员从极端高温和宇宙飞船

一个新的陶瓷组成的气凝胶纳米晶体嵌入在一个非晶态矩阵显示更好的保温比类似的材料,以及在极端条件下更好的机械和热稳定性。这些属性可以让材料为消防队员找到使用耐热服装其他气凝胶难以应对苛刻的条件。

气凝胶制成陶瓷六角氮化硼等极具吸引力的热绝缘体。低密度给他们低导热热量必须通过物质传播,也使得他们一个吸引人的光覆盖材料。然而,陶瓷天生脆弱,这限制了他们的应用程序中使用应变发生的地方。此外,它使他们容易受到热损伤在极端条件下的结构可以崩溃时被要求大幅扩展或收缩。之前研究人员表明,复杂的结构工程,例如,形成一个一维陶瓷纤维可以提高网络的灵活性,但防止结构recrystallising在非常高的温度是很困难的。

在这项新的研究中,科学家们在中国和美国推出“半晶质”锆石nanofibrous气凝胶,可以显著降低这些问题。研究人员使用一个空气扰动辅助电纺的方法来产生一个candyfloss-like陶瓷感觉zirconium-silicon前体。然后机械折叠这在流泻。最后,他们烧结的感觉1100°C。纺制的纤维气凝胶在玻璃态然后用烧结,形成了纳米晶体的解释道湘徐在中国哈尔滨理工学院。光谱分析证实,由此产生的材料包括纳米晶体区域嵌入在一个非晶态锆石矩阵。

无定形基质吸收压力,防止材料压裂压力下。然而,纳米晶体领域相互阻碍滑翔过去。相反,纤维吸收由屈曲应变。在研究者的折叠,曲折的结构,径向扩张的纤维是由轴向收缩的反击。宏观结构是高度机械和热稳定。此外,他们的过程留下碳嵌入式深处的纤维材料,使它更不透明,能更好地阻止辐射,以及振动、热传递。这是特别重要的- 500°C以上高温热辐射传热占主导地位。通过辐照的吸收减少热传导。(涂层)可能会有点热在热端,但它却降低了整体的热传导,解释道峰段加州大学的洛杉矶。

研究人员进行了一些测试的材料。在一个,他们用丁烷喷灯加热飞机发动机燃料管。五分钟后,一个管与商业聚酰亚胺泡沫绝缘屏障达到267°C,而一个保护传统的二氧化硅气凝胶纤维达到159°C。相比之下,新气凝胶保持温度低于33°C。研究人员相信这种材料能找到各种各样的应用程序从消防队员的衣服为航天器和探测器地下深处保温。

(工作)的确是一个很重要的贡献为陶瓷气凝胶在极端条件下,”说Shenqiang任在美国大学的水牛。“最令人印象深刻的一部分工作包括其接近于零…热膨胀系数在广泛的温度范围内,因此从架构曲折的设计和半晶质纳米材料性质。更重要的是,生产过程相对简单和潜在的可伸缩的。”他认为设计可以激发下一代极端材料的发展”。