近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所王振洋、張淑東研究團隊，通過定向仿生設(shè)計，成功開發(fā)出具有高各向異性熱導(dǎo)率和極端熱穩(wěn)定性的SiC@SiO2陶瓷纖維氣凝膠材料。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Advanced Science》期刊上。

論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202416740

高取向 SiC@SiO2納米纖維氣凝膠輕量和壓縮性能

許多天然生物材料，如木材導(dǎo)管、蠶繭層狀結(jié)構(gòu)等，具有高度有序的微觀結(jié)構(gòu)，并展現(xiàn)出隨方向變化的各向異性熱管理特性。受此啟發(fā)，研究團隊結(jié)合靜電紡絲與冷凍干燥技術(shù)，制備出具有優(yōu)異高溫?zé)岱€(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的SiC納米纖維，并在其表面構(gòu)建非晶SiO?殼層，形成聲子屏障。最終，該團隊成功實現(xiàn)了纖維層內(nèi)高度定向、層間有序堆疊的高取向性結(jié)構(gòu)，開發(fā)出高各向異性SiC@SiO?陶瓷纖維氣凝膠。

該材料在垂直纖維方向的熱導(dǎo)率低至0.018 W/m·K，各向異性系數(shù)達到5.08，遠優(yōu)于同類材料。同時，它具備徑向彈性變形超60%、軸向比模量達5.72 kN·m/kg的卓越力學(xué)性能，并在-196 ~ 1300℃的寬溫域內(nèi)保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

高取向 SiC@SiO2納米纖維氣凝膠各向異性熱導(dǎo)率與極端熱穩(wěn)定性

團隊認(rèn)為，相關(guān)研究可為高性能陶瓷氣凝膠的設(shè)計與應(yīng)用提供了新思路，在航空航天、隔熱防護、高溫電子器件等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。目前該項目已得到國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院青年團隊項目、國家自然科學(xué)基金、安徽省重點研發(fā)計劃、安徽省自然科學(xué)基金等資助。