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    超轻质陶瓷材料可承受极端温度:这种材料可用于绝缘航天器之类的应用,因为它可以承受太空任务所承受的高温和剧烈的温度变化,中国建材网,cnprofit.com
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    超轻质陶瓷材料可承受极端温度:这种材料可用于绝缘航天器之类的应用,因为它可以承受太空任务所承受的高温和剧烈的温度变化
    2021年04月25日    阅读量:6667    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

    加州大学洛杉矶分校的研究人员和其他八个研究机构的合作者创造了一种极轻,非常耐用的陶瓷气凝胶。这种材料可用于绝缘航天器之类的应用,因为它可以承受太空任务所承受的高温和剧烈的温度变化。


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    自1990年代以来,陶瓷气凝胶就一直用于绝缘工业设备,并且在NASA的火星漫游者任务中已被用于绝缘科学设备中国建材网cnprofit.com


    但是,新版本在暴露于极端高温和反复的温度峰值后更加耐用,而且重量更轻。其独特的原子组成和微观结构也使其具有非同寻常的弹性。


    加热时,材料收缩而不是像其他陶瓷一样膨胀。它也垂直于压缩的方向收缩-想象将网球压在桌子上并使球的中心向内移动而不是向外扩展-与大多数材料在压缩时的反应相反。


    结果,该材料比目前的最新陶瓷气凝胶具有更大的柔韧性和脆性:它可以被压缩到其原始体积的5%并能完全回收,而其他现有的气凝胶则只能被压缩到大约50%。 20%,然后完全恢复。


    这项研究今天在《科学》杂志上发表,由加州大学洛杉矶分校化学与生物化学教授段向峰领导。于黄,加州大学洛杉矶分校材料科学与工程教授;哈尔滨工业大学,李慧 该研究的第一作者是来自哈尔滨工业大学的UCLA化学访问博士后徐翔。兰州大学张强强;加州大学伯克利分校和东南大学的孟梦龙。


    研究小组的其他成员来自加州大学伯克利分校。普渡大学;劳伦斯·伯克利国家实验室;中国湖南大学; 兰州大学,中国;和沙特阿拉伯沙特国王大学。


    尽管其体积的99%以上是空气,但气凝胶还是固态的,并且结构坚固。它们可以由多种类型的材料制成,包括陶瓷,碳或金属氧化物。


    与其他绝缘体相比,基于陶瓷的气凝胶在阻止极端温度方面表现出色,并且密度极低,并且具有极高的耐火和耐腐蚀性能,所有这些特性使其非常适合可重复使用的航天器。


    但是,当前的陶瓷气凝胶非常易碎,并且在反复暴露于极端高温和剧烈的温度波动之后往往会破裂,这两种现象在太空旅行中都很常见。


    这种新材料是由一层薄薄的氮化硼(一种陶瓷)制成的,其原子以六边形的形式连接起来,就像鸡丝一样。


    在UCLA领导的研究中,它经受了通常会使其他气凝胶破裂的条件。当工程师在几秒钟内将测试容器中的温度升高和降低到零下198摄氏度和900摄氏度之间时,它承受了数百次突然和极端温度峰值的暴露。在另一项测试中,它在1400摄氏度下存放一周后,其机械强度损失不到1%。


    段说:“我们新型陶瓷气凝胶耐用的关键在于其独特的结构。” “其固有的柔韧性帮助它承受了极高的热量和温度冲击的冲击,而冲击和温度冲击会导致其他陶瓷气凝胶失效。”


    普通陶瓷材料通常在加热时会膨胀,而在冷却时会收缩。随着时间的流逝,这些反复的温度变化可能导致这些材料破裂并最终失效。这种新型气凝胶的设计正相反,因此更加耐用-加热时收缩而不是膨胀。


    此外,气凝胶垂直于压缩方向收缩的能力(如网球示例)可帮助其承受反复快速的温度变化。(该特性称为负泊松比。)它还具有内部“墙”,并通过双层玻璃结构进行了加固,这既减轻了材料的重量,又提高了其绝缘能力。


    杜安说,研究人员开发的用于制造新型气凝胶的工艺还可以用于制造其他超轻质材料。


    他说:“这些材料可用于航天器,汽车或其他专用设备的隔热。” “它们还可用于热能存储,催化或过滤。”


    该研究得到了美国国家科学基金会的部分资助。


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