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东华大学研发出超弹无机纳米纤维气凝胶!经得起百万次压缩,无惧高温、液氮!


来源:高分子科学前沿

[导读]  近日,东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在超弹无机纳米纤维气凝胶领域取得了重要进展。

中国粉体网讯  近日,东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在超弹无机纳米纤维气凝胶领域取得了重要进展。相关研究成果以“In situ Synthesis of Biomimetic Silica Nanofibrous Aerogels with Temperature-Invariant Superelasticity over One Million Compressions”为题发表在化学领域的著名期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上,文章DOI:10.1002/anie.202001679,该论文第一作者为东华大学纺织学院的博士生王斐,共同通讯作者为丁彬研究员和斯阳研究员。 


近年来,陶瓷气凝胶因具有低密度、低热导率、耐腐蚀、化学稳定性好等优点,在高温隔热、能源储存、环境防护等领域应用前景广阔。然而,传统的陶瓷材料普遍存在脆性大、硬度大、不可压缩等问题,严重限制了其实际应用。针对上述问题,该研究团队通过以氧化硅纳米纤维为构筑基元,通过纤维冷冻成型方法在纤维间原位构筑“类橡胶”弹性粘结网络,进而制备出一种具有仿灯芯草纤维框架结构的超弹氧化硅纳米纤维气凝胶。

 

(氧化硅纳米纤维气凝胶的仿生结构及其弹性粘结网络)

 

气凝胶的纤维框架结构不仅赋予了其超弹特性,同时显著降低了材料的重量,最低密度为0.25mg/cm3。该陶瓷气凝胶在-100℃到500℃的温度范围内均表现出超弹性,可承受一百万次的疲劳压缩(5%应变),甚至在高温火焰(1100℃)和液氮(-196 ℃)中仍可压缩回弹。此外,该材料还具有良好的耐火性和隔热性能,其导热系数低至24mW m–1 K–1。该成果有望在高温隔热、航空航天、生物工程等领域实现特效应用。

 

 

(氧化硅纳米纤维气凝胶不随温度而变的超弹特性)

 

该项研究得到国家自然科学基金、上海市教育委员会、上海市科学技术委员会项目的大力资助。


(中国粉体网编辑整理/墨玉)

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