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超轻陶瓷气凝胶可耐受极端温度

来源:科技日报   更新时间:2019-02-22 14:18:31    


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。

  尽管其体积的99%以上是空气,但气凝胶结构坚固。它们可以由包括陶瓷、碳或金属氧化物等在内的许多类型的材料制成。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。

  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(音译)说,研制这种新气凝胶的技术也可用于制造其他超轻质材料,“这些材料可用于航天器、汽车或其他专用设备的隔热,也可用于热能储存、催化或过滤。”(记者刘霞)

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