用于极端环境下的热防护材料——仿贝壳纳米复合气凝胶

来源 | Advanced Materials

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背景介绍

极端环境（如深空和深海）对气凝胶材料的热防护性能提出了更高要求：一方面，气凝胶需兼具超低热导率（

< 20 mW m-1K-1）和优异力学性能（高刚性、高柔性、超弹性等）；另一方面，需突破低成本和易规模化的气凝胶制备技术，也让原本艰巨的任务变得更加困难。

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成果掠影

近日，东华大学朱美芳院士团队设计并构筑了“多孔砖和纤维”结构的仿贝壳纳米复合气凝胶（SCQs），通过在层状纤维素纳米纤维凝胶网络中原位生长介孔无机矿物来实现。基于跨维度、跨尺度的结构适配工作原理，该有机无机纳米复合SCQs在环境压力干燥过程中具有快速结构回复能力，为气凝胶材料的低成本规模化制备奠定基础。制备得到的纳米复合气凝胶具有优异的抗压性能，可以承受成人的压力而不变形，即使在更大的应力下（1.6吨汽车碾压），依然能够恢复其原始形状，同时具有优异的弯曲柔性以适应各种防护表面；另一方面，该气凝胶具有优异的绝热性能，热导率值低至17.4 mW m-1 K-1，远低于理想的绝热体-静止的空气，与目前航天用隔热材料-多层隔热毡相比，不仅具有更优异的耐热性能，而且在一个大气压或稀薄气压环境均具有更优异的隔热性能。多方面综合优势使这一气凝胶材料在航空航天、国防军工以及智能电子热防护领域具有极大的应用前景。相关研究成果以“Nacre-Mimetic Nanocomposite Aerogels with Exceptional Mechanical Performance for Thermal Superinsulation at Extreme Conditions”为题，发表于《Advanced Materials》。

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图文导读

图1 纳米复合气凝胶设计原则

图2 纳米复合气凝胶仿贝壳结构

图3 纳米复合气凝胶抗压性能

图4 纳米复合气凝胶的恒温力学性能

图5 纳米复合气凝胶高绝热性能

图6 纳米复合气凝胶作为多层隔热毡（MLIs）的替代方案

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