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新型超轻陶瓷材料可耐极高温 有望用于未来航天器隔热

发布者:刘霞来源:科技日报发布时间:2019-03-01 13:37:52阅读:105字体:[默认][大][小]

科技日报北京2月21日电(记者刘霞)据物理学家组织网近日报道,一个国际科研团队研制出了一种超轻且极其耐用的陶瓷气凝胶,新材料可耐受极端高温并能承受温度的剧烈变化,未来有望用于航天器的隔热保护等。

图片说明:一块陶瓷气凝胶样本栖息于一朵花的雄蕊上。图片来源:物理学家组织网


尽管其体积的99%以上是空气,但气凝胶结构坚固。它们可以由包括陶瓷、碳或金属氧化物等在内的许多类型的材料制成。与其他绝缘体相比,陶瓷气凝胶在耐受极高温方面具有优势,且它们具有密度超低、耐火、耐腐蚀性等特点。因此,自20世纪90年代以来,一直应用于工业设备隔热,也被用于美国国家航空航天局(NASA)的火星探测器任务中。

但目前的陶瓷气凝胶非常易碎且在反复暴露于极端高温和剧烈的温度波动(这在太空旅行中很常见)之后极易破裂。

新研发的陶瓷气凝胶由氮化硼薄层制成,是一种原子以六边形网格状(类似铁丝网)连接的陶瓷材料。实验测试表明,这种材料在1400摄氏度高温下存放一周后机械强度损失不到1%。而且,当工程师在几秒钟内将温度升高到900摄氏度然后降低到零下198摄氏度时,它可以承受数百次这样的温度剧烈波动。

而且,当新材料被加热时,会收缩而不是像其他陶瓷一样膨胀。因此,相比目前最先进的陶瓷气凝胶更柔韧,更具弹性:它可以被压缩到原始体积的5%并完全恢复;而其他现有的气凝胶只能压缩到约20%然后完全恢复。

新材料由美国加州大学洛杉矶分校、伯克利分校、中国哈尔滨工业大学、兰州大学、东南大学以及沙特国王大学等多家机构共同研发,相关论文已发表于美国《科学》杂志上。

研究团队负责人、加州大学洛杉矶分校化学和生物化学教授段镶锋(音译)说,他们开发出的研制这种新气凝胶的技术也可用于制造其他超轻质材料,“这些材料可用于航天器、汽车或其他专用设备的隔热,它们也可用于热能储存、催化或过滤。”


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