硅改性氮化硼气凝胶：提升高温隔热性能与结构稳定性的创新研究

为解决传统氮化硼(BN)气凝胶在900°C以上高温环境中氧化稳定性不足的问题，西安邮电大学研究人员通过溶胶-凝胶法将硅源引入BN前驱体，成功制备出硅改性氮化硼(Si-BN)气凝胶。该材料在1300°C下内外温差较原始气凝胶提升158.5°C，最大压缩应力提高15.9倍，兼具优异隔热性能与机械承载能力，为极端环境下的热防护材料开发提供新思路。

　　

在极端高温环境下，传统隔热材料往往面临性能急剧衰减的挑战。氮化硼(BN)气凝胶因其轻质、低热导率和宽带波透射特性被视为理想候选材料，但其在空气中超过900°C时易氧化失效的缺陷严重制约实际应用。如何通过材料改性突破这一温度极限，同时兼顾机械性能，成为材料科学领域亟待解决的关键问题。

西安邮电大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，创新性地采用四乙氧基硅烷(TEOS)作为硅源，通过溶胶-凝胶法结合冷冻干燥工艺，构建了硅改性氮化硼(Si-BN)复合气凝胶。该研究通过五组配比实验系统探究了硅掺杂对材料性能的影响机制，利用X射线衍射(XRD)分析证实材料主要由BN和SiO₂两相组成。

材料与方法
研究采用溶胶-凝胶法制备前驱体，通过冷冻干燥获得多孔骨架，经高温热解得到最终产物。关键技术包括：1) TEOS与BN前驱体的分子级复合；2) 三级冷冻干燥工艺控制孔结构；3) 程序升温热解实现相转化。

X射线衍射分析
XRD图谱显示所有样品均为非晶态结构，不同硅掺杂比例的样品衍射峰相似，表明硅元素以非晶态SiO₂形式均匀分散在BN基体中，未形成明显晶相。

结论
改性后的Si-BN气凝胶展现出突破性性能：在1300°C高温下保持结构稳定，隔热温差提升158.5°C；承载能力达自身重量300倍以上，最大压缩应力提高15.9倍。这种"结构-功能一体化"设计为开发适用于航天器热防护、核反应堆隔热等极端环境的新型材料提供了范式。

该研究的创新性在于：首次通过硅改性同时解决BN气凝胶的高温稳定性和机械性能瓶颈；提出的溶胶-凝胶复合工艺具有设备要求低、可规模化生产的优势。作者在讨论中指出，SiO₂相在高温下形成的保护性氧化层是性能提升的关键，未来可通过调控硅含量进一步优化介电性能。这项研究为多功能复合气凝胶的开发开辟了新途径。