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柔性陶瓷气凝胶适用于高温应用

2019-03-28 11:27:45 来源:

柔性陶瓷气凝胶,适用于高温应用

由加州大学洛杉矶分校的研究人员开发的新型陶瓷气凝胶比同类材料更灵活,可以承受更高的温度。

寻找轻质而坚固的材料以满足高温应用的需求一直是科学家面临的挑战。现在,由加州大学洛杉矶分校的工程师领导的一个研究小组已经为这项任务提出了一个新的解决方案,这个解决方案是一种极轻,非常耐用的陶瓷气凝胶,可以承受极端温度峰值。

长期以来,工程师们一直使用陶瓷气凝胶来隔离工业设备以及科学设备 - 例如NASA的火星探测器任务 - 因为它具有高温耐久性。

然而,研究人员在一份UVCLA新闻发布会上表示,加州大学洛杉矶分校团队开发的新版材料 - 与加州大学伯克利分校和中国大学的研究人员合作 - 与之前使用的材料相比具有一些新的优势。

弹性气凝胶

研究人员表示,一方面,它更轻,更能承受极端高温和反复温度峰值,其他陶瓷气凝胶。由于其独特的原子组成和微观结构,它还具有这种材料不常见的弹性质量,加州大学洛杉矶分校化学与生物化学教授项翔峰说。

“我们新陶瓷气凝胶耐用性的关键在于其独特的结构,”他说。“它天生的灵活性可以帮助它抵御极端高温和温度冲击,从而导致其他陶瓷气凝胶失效。”

这种新材料不像其他陶瓷那样在加热时膨胀,而是由氮化硼薄层组成,原子以六边形图案连接 - 垂直于它被压缩的方向收缩。研究人员说,这不仅与其他陶瓷的反应相反,而且与大多数材料在这种压力作用下的作用方式相矛盾。

超过99%的气凝胶是空气;然而,材料本身是坚固的,并且在结构上非常强。它们可以由许多类型的材料制成,包括陶瓷,碳或金属氧化物。

脆弱和骨折

然而,目前陶瓷气凝胶的一个问题是它们非常脆并且在反复暴露于极端高温和剧烈的温度波动之后易于破裂 - 这两者在科学家使用它们的应用中是常见的,例如太空旅行。

Duan说,加州大学洛杉矶分校团队开发的材料的独特反应使得它比现有的可比材料更灵活,更脆弱。具体而言,它可以压缩到原始体积的5%并完全恢复,而其他现有的气凝胶可以压缩到仅约20%并实现完全恢复。该团队在“科学”杂志上发表了一篇关于他们工作的论文。

研究人员测试了他们的材料,发现它经受住了通常会破坏其他气凝胶的条件。例如,当工程师在几秒钟内将零下198摄氏度和零度以上900度的测试容器中的温度升高和降低时,它可以承受数百次暴露于极端温度峰值的暴露,Duan说。

研究人员发现,在另一项测试中,陶瓷气凝胶在1,400摄氏度下储存一周后,其机械强度损失不到1%。

Duan说,有许多应用程序团队的材料非常适合。“这些材料可用于航天器,汽车或其他专用设备的隔热,”他说。“他们也可以用于热能储存,催化或过滤。”此外,研究人员用来开发它的过程也可以用来制造其他超轻质材料,Duan补充说。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人,撰写了20多年的技术和文化。她曾在凤凰城,旧金山和纽约市作为专业记者生活和工作。在空闲时间,她喜欢冲浪,旅游,音乐,瑜伽和烹饪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一个村庄。

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