納米纖維氣凝膠實(shí)現(xiàn)超彈性、耐高溫

海綿狀彈簧狀層狀多孔結(jié)構(gòu)的木質(zhì)海綿具有優(yōu)秀的機(jī)械性能，受此啟發(fā)，東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心研究員丁彬和研究員斯陽(yáng)將柔性的ZrO2–Al2O3納米纖維與Al（H2PO4）3（AHP）基質(zhì)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了具有各向異性的、層狀結(jié)構(gòu)的、恒定機(jī)械性能的ZrO2–Al2O3納米纖維氣凝膠（ZrAlNFAs）。由于具有許多堆疊平行排列的多拱形微尺度結(jié)構(gòu)組成的層狀結(jié)構(gòu)，ZrAlNFAs 在90%的應(yīng)變下表現(xiàn)出高達(dá)1100 kPa的高壓縮強(qiáng)度，在60%的應(yīng)變下表現(xiàn)出1000次壓縮的抗疲勞性。此外，層狀結(jié)構(gòu)、高孔隙率（> 98%）和全陶瓷成分使ZrAlNFAs 具有溫度不變的可壓縮性、高達(dá)1300℃的高耐火性、低至0.0322 W m–1K–1的導(dǎo)熱性以及高溫隔熱性能。

研究人員通過(guò)將前驅(qū)體ZrO2–Al2O3溶膠/聚環(huán)氧乙烷（PEO）溶液的混合物靜電紡絲來(lái)制備柔性ZrO2–Al2O3納米纖維（ZrO2–Al2O3NFM）。將納米纖維膜在800℃的空氣中煅燒1 小時(shí)，以完全分解有機(jī)成分并形成結(jié)晶相。將AHP 浸入水中后，將ZrO2–Al2O3NFM 浸入30 分鐘并逐層堆疊。隨后，將層狀組件冷凍干燥成未鍵合的ZrAlNFAs。在冷凍過(guò)程中，AHP 溶液中的水逐漸固化成冰晶模板，從而形成具有納米纖維多孔結(jié)構(gòu)的材料。最后，通過(guò)將未結(jié)合的ZrAlNFAs 在馬弗爐中于800℃煅燒1 h 形成交聯(lián)的ZrO2–Al2O3NFM 網(wǎng)絡(luò)。所得的ZrAlNFAs 由蓬松的納米纖維層構(gòu)成，具有多孔的層狀多層結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的隔熱性能。

實(shí)驗(yàn)表明，3D層狀多層弓形ZrAlNFAs 在承受較大的壓縮應(yīng)變時(shí)表現(xiàn)出出色的回彈力，同時(shí)ZrAlNFAs 在1300℃下處理并同步壓縮時(shí)仍保持回彈特性。此外，將ZrAlNFAs 在丁烷噴燈火焰下燃燒，發(fā)現(xiàn)ZrAlNFAs 在加熱過(guò)程中保持不可燃，并且在正面和橫截面的宏觀和微觀尺度上都保持其初始整體結(jié)構(gòu)，并且在正面的中央還觀察到了光的消融痕跡，表明其在高溫隔熱中有廣闊的應(yīng)用前景。