超轻陶瓷气凝胶可耐受极端温度有望用于未来航天器隔热

2019-02-22 08:37

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。”