新型超輕質絕熱陶瓷氣凝膠材料

新發明的一種幾乎沒有重量的絕緣材料可以承受極端的高熱——超出其它同類材料的耐受範圍。

多孔氣凝膠至少有99％的空間全是空隙，其餘部分由被稱為六方氮化硼的原子級薄陶瓷製成。研究人員在2月15日的Science雜誌上報告說，這一設計被證明可以抵禦高溫和劇烈的溫度變化，上下溫差超過1000攝氏度。

「很難製造出極低密度，同時也可以耐高溫的材料，」賓夕法尼亞大學的工程師Deep Jariwala在同一期Science雜誌針對這一發明評論道。他說，新的超輕絕緣材料可能特別適合用來封裝航天器上的部件，這些部件在靠近/遠離太陽或重新進入地球大氣層時必須承受極端的溫度波動。

氣凝膠內部是一整套由微小空腔形成的網路，兩個相鄰空腔之間僅僅由兩個原子厚的六方氮化硼層隔開。就像雙層玻璃窗在冬天裡可以防止熱量從房屋內流失一樣，雙層陶瓷屏障使得熱量難以從一個空腔轉移到另一個空腔中。加州大學洛杉磯分校的化學家和材料科學家Xiangfeng Duan解釋說，熱量也很難通過六角形氮化硼層本身傳遞出去，因為這需要漫長而迂迴的熱傳導路線。

雖然其他陶瓷氣凝膠在劇烈的溫度變化或長時間的高熱暴露下容易分解，但新的氣凝膠經受了500次反覆的快速加熱和冷卻過程，溫度變化範圍從-198°C到900°C，然後在1400°C的溫度下連續堅持了一周。

在演示中，研究人員在一塊2厘米厚的氣凝膠上面放置了一朵鮮花，然後把氣凝膠放到了噴燈上方，並點燃噴燈。15分鐘後，氣凝膠上部表面溫度僅為45°C，花朵略微枯萎，而下方的火焰溫度為500℃。

加州理工學院的材料科學家Julia Greer表示，由於材料的結構非常稀疏，因此可能無法單獨使用。氣凝膠具有彈性，柔軟且美觀。但她說，為了保護氣凝膠免遭撕裂，可能必須把它包裝在更為堅固的材料中。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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