超輕陶瓷氣凝膠可耐受極端溫度

時間:2019-2-22 10:06:55  來源:科技日報

    據物理學家組織網近日報道,一個國際科研團隊研制出了一種超輕且極其耐用的陶瓷氣凝膠,新材料可耐受極端高溫并能承受溫度的劇烈變化,未來有望用于航天器的隔熱保護等。

    盡管其體積的99%以上是空氣,但氣凝膠結構堅固。它們可以由包括陶瓷、碳或金屬氧化物等在內的許多類型的材料制成。與其他絕緣體相比,陶瓷氣凝膠在耐受極高溫方面具有優勢,且它們具有密度超低、耐火、耐腐蝕性等特點,因此,自20世紀90年代以來,一直應用于工業設備隔熱,也被用于美國國家航空航天局(NASA)的火星探測器中。不過,目前的陶瓷氣凝膠非常易碎,且在反復暴露于極端高溫和劇烈的溫度波動(這在太空旅行中很常見)之后極易破裂。

    新研發的陶瓷氣凝膠由氮化硼薄層制成,是一種原子以六邊形網格狀(類似鐵絲網)連接的陶瓷材料。實驗測試表明,這種材料在1400℃高溫下存放一周后機械強度損失不到1%。而且,當工程師在幾秒鐘內將溫度升高到900℃然后降低到零下198℃時,它可以承受數百次這樣的溫度劇烈波動。

    此外,新材料被加熱時會收縮,而不是像其他陶瓷一樣膨脹,因而比目前最先進的陶瓷氣凝膠更柔韌,更具彈性:它可以被壓縮到原始體積的5%并完全恢復;而其他現有的氣凝膠只能壓縮到約20%然后完全恢復。

    新材料由美國加州大學洛杉磯分校、伯克利分校、中國哈爾濱工業大學、蘭州大學、東南大學以及沙特國王大學等多家機構共同研發,相關論文已發表于美國《科學》雜志上。

    研究團隊負責人、加州大學洛杉磯分校化學和生物化學教授段鑲鋒(音譯)說,研制這種新氣凝膠的技術也可用于制造其他超輕質材料,“這些材料可用于航天器、汽車或其他專用設備的隔熱,也可用于熱能儲存、催化或過濾。”

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