超轻、弹性柔韧且耐高温的陶瓷纳米纤维海绵，用于实现卓越的热绝缘性能

《Small》：Ultralight, Elasto-Flexible, and High-Temperature Resistant Ceramic Nanofiber Sponges for Thermal Superinsulation

陶瓷海绵材料通过溶液吹喷工艺制备，采用钇稳定氧化锆（YSZ）纳米纤维构建三维多孔结构，具有优异弹性（80%可逆压缩应变）、耐高温（-196℃至1300℃）、超轻密度（≥5 mg/cm3）及低热导率（0.028 W/m·K），有效解决传统陶瓷脆性大、缺陷敏感问题，为极端环境热绝缘提供新方案。

　　

摘要

在恶劣环境中，迫切需要一种兼具足够弹性和优异耐高温性能的先进陶瓷海绵材料作为隔热材料。然而，由于陶瓷材料的脆性和对缺陷的敏感性，其在超轻质和弹性材料系统中的应用发展受到严重限制。本研究报道了一种基于氧化钇稳定的ZrO₂（YSZ）纳米纤维的弹性-柔性、耐热且具有层状结构的陶瓷海绵，该材料通过可扩展的溶液喷雾纺丝工艺制备而成。YSZ纳米纤维在1300°C时的晶粒尺寸非常小（约50纳米），为材料的机械性能和热性能提供了关键支持。通过原位沉积YSZ纳米纤维制成的多孔三维海绵具有超轻的密度（≥5 mg cm^?3）、80%的可逆压缩应变、高抗疲劳性（在50%应变下经过1000次循环后永久变形率低于1.59%），并且能够从较大变形中完全恢复，泊松比接近于零。此外，YSZ纳米纤维海绵在-196至1300°C的温度范围内表现出温度不变的超弹性，具有优异的弯曲性能、低的热膨胀系数（在1300°C时为9.26 × 10^?6 °C^?1），以及极佳的隔热性能，其热导率低至0.028 W m^?1 K^?1。这些罕见的综合性能与聚合物/碳材料及传统陶瓷气凝胶形成了鲜明对比，使得陶瓷海绵成为许多高端应用的理想选择。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。