柔性陶瓷氣凝膠適用于高溫應(yīng)用

由加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員開(kāi)發(fā)的新型陶瓷氣凝膠比同類材料更靈活，可以承受更高的溫度。尋找輕質(zhì)而堅(jiān)固的材料以滿足高溫應(yīng)用的需求一直是科學(xué)家面臨的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，由加州大學(xué)洛杉磯分校的工程師領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組已經(jīng)為這項(xiàng)任務(wù)提出了一個(gè)新的解決方案，這個(gè)解決方案是一種極輕，非常耐用的陶瓷氣凝膠，可以承受極端溫度峰值

長(zhǎng)期以來(lái)，工程師們一直使用陶瓷氣凝膠來(lái)隔離工業(yè)設(shè)備以及科學(xué)設(shè)備 - 例如NASA的火星探測(cè)器任務(wù) - 因?yàn)樗哂懈邷啬途眯?。然而，研究人員在一份UVCLA新聞發(fā)布會(huì)上表示，加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新版材料 - 與加州大學(xué)伯克利分校和中國(guó)大學(xué)的研究人員合作 - 與之前使用的材料相比具有一些新的優(yōu)勢(shì)。

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彈性氣凝膠

研究人員表示，一方面，它更輕，更能承受極端高溫和反復(fù)溫度峰值，其他陶瓷氣凝膠。由于其獨(dú)特的原子組成和微觀結(jié)構(gòu)，它還具有這種材料不常見(jiàn)的彈性質(zhì)量，加州大學(xué)洛杉磯分校化學(xué)與生物化學(xué)教授項(xiàng)翔峰說(shuō)。

“我們新陶瓷氣凝膠耐用性的關(guān)鍵在于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，”他說(shuō)。“它天生的靈活性可以幫助它抵御極端高溫和溫度沖擊，從而導(dǎo)致其他陶瓷氣凝膠失效。”

這種新材料不像其他陶瓷那樣在加熱時(shí)膨脹，而是由氮化硼薄層組成，原子以六邊形圖案連接 - 垂直于它被壓縮的方向收縮。研究人員說(shuō)，這不僅與其他陶瓷的反應(yīng)相反，而且與大多數(shù)材料在這種壓力作用下的作用方式相矛盾。

超過(guò)99%的氣凝膠是空氣;然而，材料本身是堅(jiān)固的，并且在結(jié)構(gòu)上非常強(qiáng)。它們可以由許多類型的材料制成，包括陶瓷，碳或金屬氧化物。

然而，目前陶瓷氣凝膠的一個(gè)問(wèn)題是它們非常脆并且在反復(fù)暴露于極端高溫和劇烈的溫度波動(dòng)之后易于破裂 - 這兩者在科學(xué)家使用它們的應(yīng)用中是常見(jiàn)的，例如太空旅行。

Duan說(shuō)，加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的材料的獨(dú)特反應(yīng)使得它比現(xiàn)有的可比材料更靈活，更脆弱。具體而言，它可以壓縮到原始體積的5%并完全恢復(fù)，而其他現(xiàn)有的氣凝膠可以壓縮到僅約20%并實(shí)現(xiàn)完全恢復(fù)。該團(tuán)隊(duì)在“科學(xué)”雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于他們工作的論文。

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研究人員測(cè)試了他們的材料，發(fā)現(xiàn)它經(jīng)受住了通常會(huì)破壞其他氣凝膠的條件。例如，當(dāng)工程師在幾秒鐘內(nèi)將零下198攝氏度和零度以上900度的測(cè)試容器中的溫度升高和降低時(shí)，它可以承受數(shù)百次暴露于極端溫度峰值的暴露，Duan說(shuō)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在另一項(xiàng)測(cè)試中，陶瓷氣凝膠在1,400攝氏度下儲(chǔ)存一周后，其機(jī)械強(qiáng)度損失不到1%。

Duan說(shuō)，有許多應(yīng)用程序團(tuán)隊(duì)的材料非常適合。“這些材料可用于航天器，汽車或其他專用設(shè)備的隔熱，”他說(shuō)。“他們也可以用于熱能儲(chǔ)存，催化或過(guò)濾。”此外，研究人員用來(lái)開(kāi)發(fā)它的過(guò)程也可以用來(lái)制造其他超輕質(zhì)材料，Duan補(bǔ)充說(shuō)。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫(xiě)了20多年的技術(shù)和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作。在空閑時(shí)間，她喜歡沖浪，旅游，音樂(lè)，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個(gè)村莊。