来源：Advanced Functional Materials原文：https://doi.org/10.1002/adfm.202309148
航空航天、建筑和人类日常生活中极端环境是普遍存在的，因此开发有效的热管理解决方案是非常有必要的。为了应对这一挑战，人们开发了各种隔热材料，包括玻璃纤维，木材，硅酸盐，泡沫，真空隔热板(VIP)和气凝胶等系列材料。气凝胶已成为最有前途的绝缘材料，由于其具有大孔隙体积和孔隙率的高多孔结构，因此具有超低导热性和超低密度。二氧化硅和氧化铝气凝胶是几十年前开发出来的，由于其特殊的防火和耐高温性能，在航空航天和建筑中得到了极大的关注和应用。然而，这些无机氧化物气凝胶具有固有的脆性和易受极高温度(EHT)的影响，限制了它们的实际应用。为了克服这些挑战，人们进行了大量的研究，以提高极高温（EHT）环境下气凝胶的热稳定性和机械性能。尽管一些陶瓷气凝胶具有耐高温(1300 - 1600℃)和优异的隔热性能，但它们可能不完全符合受保护的基板，限制了它们在极端环境中的应用潜力。因此，耐高温性、超保温性、机械稳健性和高柔韧性仍然是陶瓷气凝胶在恶劣环境中实际应用的关键挑战。
02 成果掠影
近期，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王锦研究员和胡东梅研究员针对开发可广泛应用于极端环境下可连续化批量制备的轻质、柔性、耐极端高温、可赋性的陶瓷气凝胶热管理材料取得最新进展。在该文中提出了一种可连续批量化的方法合成具有柔性，轻质和可赋形的氧化硅-氧化铝复合陶瓷气凝胶(FR-SACA)。该方法通过使用自我牺牲聚合物重新排列二氧化硅气凝胶微粒和莫来石陶瓷纤维来实现，形成类似鸟巢结构的交叉互扣的增强结构的FRSACA。柔性氧化硅-氧化铝陶瓷杂化气凝胶（SACA）具有优异的性能，包括0.01 g/cm3的超低密度，0.029 W/mK的低导热率和高达80%的可逆压缩率。值得注意的是，20mm厚的FR-SACA在直接暴露于1300°C火焰时，温度降低1179.6°C，这表明它有可能成为高温环境下的热管理材料。此外，SACA的可变形性使其能够在具有各种异型结构的表面上进行原位制造，例如平面、弯曲和倾斜形状，从而为各种结构提供应用的可能。凤凰涅槃工艺为合成具有理想灵活性和适应性的陶瓷气凝胶开辟了新的可能性，有助于在极端条件下进行有效的热管理。研究成果以“Flexible and Transformable Ceramic Aerogels via a Fire-Reborn Strategy for Thermal Superinsulation in Extreme Conditions”为题发表于《Advanced Functional Materials》。
图1.图1.SACA和FR - SACA的制备及光学照片。
图2.普通复合薄膜的燃烧过程、凤凰涅槃燃烧过程及其机理示意图。
图3.SACA和FR - SACA的结构表征。
图4.SACA和FR - SACA的物理性能表征。
图5.FR-SACAs的高温隔热性能。
图6.FR-SACA隔热防火涂料在实际应用中的燃烧实验和隔热机理。
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