新研发的陶瓷气凝胶耐热性高,能承受数百次温度剧烈波

发布时间:2019-02-22

一块陶瓷气凝胶样本“栖息”于一朵花的雄蕊上。图片来源:物理学家组织网

 

据物理学家组织网近日报道,一个国际科研团队研制出了一种超轻且极其耐用的陶瓷气凝胶,新材料可耐受极端高温并能承受温度的剧烈变化,未来有望用于航天器的隔热保护等。

 

新材料由美国加州大学洛杉矶分校、伯克利分校、中国哈尔滨工业大学、兰州大学、东南大学以及沙特国王大学等多家机构共同研发,相关论文已发表于美国《科学》杂志上。

 

新材料能承受数百次温度剧烈波动

 

与其他绝缘体相比,陶瓷气凝胶在耐受极高温方面具有优势,且它们具有密度超低、耐火、耐腐蚀性等特点,因此,自20世纪90年代以来,一直应用于工业设备隔热,也被用于美国国家航空航天局(NASA)的火星探测器中。不过,目前的陶瓷气凝胶非常易碎,且在反复暴露于极端高温和剧烈的温度波动(这在太空旅行中很常见)之后极易破裂。

 

新研发的陶瓷气凝胶由氮化硼薄层制成,是一种原子以六边形网格状(类似铁丝网)连接的陶瓷材料。实验测试表明,这种材料在1400℃高温下存放一周后机械强度损失不到1%。而且,当工程师在几秒钟内将温度升高到900℃然后降低到零下198℃时,它可以承受数百次这样的温度剧烈波动。

 

此外,新材料被加热时会收缩,而不是像其他陶瓷一样膨胀,因而比目前最先进的陶瓷气凝胶更柔韧,更具弹性:它可以被压缩到原始体积的5%并完全恢复;而其他现有的气凝胶只能压缩到约20%然后完全恢复。

 

新材料有望为航天任务提供有效隔热

 

“目前的二氧化硅气凝胶比较脆弱,热稳定性不强,在重复的热冲击下容易破裂。新的陶瓷气凝胶具有高度的柔韧性,机械和热稳定性极佳,密度和热导率都很低,可以为航天任务提供有效隔热” 研究团队负责人、加州大学洛杉矶分校化学和生物化学教授段镶锋说道。(音译)

 

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