陶瓷氣凝膠樣品甚至可以放置在花的雄蕊上而不掉落。
《科學》雜誌2月15日報道，美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）等研究機構的研究人員製造出了一種超輕質、耐用型陶瓷氣凝膠。這種陶瓷材料可以承受太空任務中的高溫和劇烈溫度變化，因此可以用於航天器材的隔熱層材料。
自上世紀90年代以來，陶瓷氣凝膠一直被用於工業設備的隔熱材料，並在美國宇航局（NASA）的火星車任務中用於保護精密的科學設備。UCLA等開發的“升級版”陶瓷氣凝膠不僅質量大大減輕，還對極端高溫和反覆溫度峰值有良好的耐受性。新型陶瓷氣凝膠獨特的原子組成和微觀結構也使其具備了非同尋常的彈性。當它被加熱時，材料會收縮而非像常規陶瓷那樣向外膨脹。因此，這種材料比目前最先進的陶瓷氣凝膠更加柔韌：它可以在壓縮至原體積的5%後完全恢復原狀，遠超現有陶瓷氣凝膠的壓縮值（約20%）。
儘管佔據陶瓷氣凝膠體積9成以上的成分是空氣，但其結構相對質量而言是非常堅固的。與其他絕緣、絕熱材料相比，陶瓷氣凝膠在阻隔極端溫度方面更具優勢。此外，其超低密度、高度耐火和耐腐蝕特性也與需重複使用的航天器的需求完美契合。然而，現有陶瓷氣凝膠非常脆弱，在漫長的太空旅途中，很容易因為極端高溫和劇烈的溫度波動而發生斷裂。新材料主要是由六方氮化硼薄層構成。氮化硼中的原子以六邊形方式進行連接，形成類似鐵絲網般的堅固網狀結構。
實驗中，新型陶瓷氣凝膠經受住了對現有陶瓷氣凝膠而言的破壞性條件——工程師們在短短數秒鐘內將溫度升高至900攝氏度或降低至零下198攝氏度。新陶瓷抵禦住了數百次這樣的驟然極端溫度峰值。而在另一項測試中，新型陶瓷氣凝膠在1400攝氏度下儲存一週後，機械強度僅降低了不足1%。項目領導者、UCLA化學與生物化學教授Xiangfeng Duan解釋說：“我們設計的新型陶瓷氣凝膠具備超強耐久性的關鍵在於其獨特的結構。它的柔韌性幫助它能夠承受極端高溫和溫度變化的衝擊。在重複高溫和溫度變化衝擊下，現有陶瓷氣凝膠會發生斷裂並最終失效。”另外，據研究人員介紹，新陶瓷氣凝膠還具有雙層強化結構，這有助於進一步為材料減重和增強絕熱、絕緣性。Duan認為，製造新型氣凝膠的過程可能也適用於製造其他超輕質材料。他說：“這類材料不僅可以用於航天器、汽車或其他特殊設備的隔熱，還能用於熱能儲存、催化或過濾。”
編譯：雷鑫宇 審稿： 責編： 唐林芳
原文鏈接：https://phys.org/news/2019-02-ultra-lightweight-ceramic-material-extreme-temperatures.html
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