超輕高強隔熱材料—氮化硼氣凝膠

氣凝膠是目前已知最輕的固體材料，它是通過化學溶液經反應形成溶膠，后凝膠化得到凝膠，最后除去其中的溶劑獲得的一中充滿氣體、空間網狀結構的多孔材料。氣凝膠最突出的特性使其具有優(yōu)異的保溫性能，使得它在航空航天、電力冶金、精密儀器、石油化工等領域有著廣泛的應用前景。

在硅系、碳系、金屬氧化物系、金屬系等各類氣凝膠材料中，陶瓷氣凝膠材料具有低密度、隔熱性、化學穩(wěn)定性，和可在腐蝕性環(huán)境中的高溫條件下操作的性能，被廣泛應用于航空航天等極端材料性能要求的領域。典型的陶瓷氣凝膠材料，如二氧化硅氣凝膠，多表現為剛性和脆性，材料在斷裂之前只有輕微的彈性形變，因此如何提高陶瓷氣凝膠的機械性能是提高其在隔熱領域應用前景的一個關鍵突破點。近期，哈爾濱工業(yè)大學和加州大學洛杉磯分校的相關研究人員開發(fā)出一種新興的氮化硼陶瓷氣凝膠材料，具備超輕、高力學強度和超級隔熱等三大突出特點。

這種陶瓷氣凝膠材料密度可低至0.1毫克/立方厘米，超彈性達到95%。并且在高溫沖擊條件下材料本身幾乎沒有強度損失，空氣中的導熱系數為20mW/mK，具有超低導熱性，是極端條件下理想的隔熱材料。氮化硼氣凝膠制備過程研究人員在負泊松比增強石墨烯氣凝膠變形特性的研究基礎上，通過模板法在石墨烯氣凝膠模板上原位沉積六方氮化硼（h-BN），并通過加熱刻蝕模板的方法，去除石墨烯模板獲得純氮化硼氣凝膠，制備的材料不但具有負泊松比（-0.25），同時由于其獨特的“雙壁”亞結構，結構單元間空氣對流減少，具有負溫度膨脹性（熱膨脹系數-1.8X10-6/℃）。氮化硼氣凝膠獨特的內部結構負泊松比代表材料受拉伸時，材料在彈性范圍內橫向發(fā)生膨脹，而受壓縮時，材料的橫向反而發(fā)生收縮；負溫度膨脹性代表材料受熱時收縮。

這兩個特性都與常規(guī)材料相反，使得氮化硼氣凝膠的斷裂韌性和脆性優(yōu)于其他材料。氮化硼氣凝膠優(yōu)良的力學性能氮化硼氣凝膠的負溫度膨脹性這種氮化硼氣凝膠由于雙“負”特性，使得其能顯著改善傳統(tǒng)陶瓷氣凝膠斷裂韌性不足和脆性大的缺陷，在航空航天等極端條件下有很大的應用前景，同時也為其他氣凝膠材料的設計和制備提供了新的路徑。