近期，中國科學院合肥物質(zhì)院固體所王振洋和張淑東研究團隊通過定向性仿生設計，開發(fā)出具有高各向異性熱導率和極端熱穩(wěn)定性的SiC@SiO2陶瓷纖維氣凝膠材料。研究成果以“Highly Oriented SiC@SiO2?Ceramic Fiber Aerogels with Good Anisotropy of the Thermal Conductivity and High-Temperature Resistance”為題發(fā)表在國際期刊Advanced Science?(Adv. Sci.?2025, 2416740)上。?

許多天然生物材料具有特定有序微結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出與方向相關(guān)的各向異性熱管理行為。鑒于此，研究團隊受天然生物材料有序結(jié)構(gòu)（如木材導管、蠶繭層狀結(jié)構(gòu)）啟發(fā)，結(jié)合靜電紡絲與冷凍干燥技術(shù)，制備出具有高溫熱穩(wěn)定性和優(yōu)異化學穩(wěn)定性的SiC納米纖維，以此作為基元，在其表面構(gòu)建非晶SiO2殼層形成聲子屏障，實現(xiàn)了纖維層內(nèi)高度定向、層間有序堆疊的高取向性結(jié)構(gòu)，成功開發(fā)出具有高各向異性SiC@SiO2陶瓷纖維氣凝膠。該各向異性氣凝膠材料在垂直纖維方向熱導率低至0.018 W/m·K，各向異性系數(shù)達5.08，顯著優(yōu)于同類材料；其徑向彈性變形超60%，軸向比模量5.72 kN·m/kg，并展現(xiàn)卓越力學性能；在-196 ~ 1300℃環(huán)境中仍保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

上述研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊項目、國家自然科學基金、安徽省重點研發(fā)計劃、安徽省自然科學基金等項目支持。

論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202416740

圖1. 高取向 SiC@SiO2?納米纖維氣凝膠輕量和壓縮性能。

圖2. 高取向 SiC@SiO2?納米纖維氣凝膠各向異性熱導率與極端熱穩(wěn)定性。