崔升教授团队在Journal of Alloys and Compounds发表高熵陶瓷气凝胶最新研究成果
科技
2024-09-26 09:22
江苏
气凝胶材料在线
高温烧结导致的结构失效一直是氧化物气凝胶应用于高温隔热领域（>1300
℃）的主要挑战。例如，纳米颗粒的高表面能和低结晶活化能使传统陶瓷气凝胶（如SiO2和Al2O3-SiO2）在高温下容易发生结构破坏和相变。这导致纳米孔和纳米骨架的结构坍塌，并迅速丧失高温绝缘性能。通过整合稀土元素，材料的耐高温性能可能会大大提高。利用成分复杂陶瓷作为气凝胶的基本成分，可以则可能有效解决这一难题。近年来，稀土硅酸盐（RE2SiO5）和稀土锆酸盐（RE2Zr2O7）陶瓷因其热导率低、热稳定性好等特性，在高温陶瓷、隔热涂层等领域显示出巨大的应用潜力。然而，RE2SiO5和RE2Zr2O7陶瓷作为高性能高温绝缘材料的研究尚未取得令人满意的结果，它们面临着高密度、高导热性和低耐温性等主要障碍。高熵陶瓷被定义为含有五种或更多陶瓷成分的多主固溶体，是陶瓷研究的前沿领域，它得益于原子无序和迟滞扩散，提高了相稳定性并降低了热导率。基于构型熵的晶格和多孔结构的设计有可能最大限度地降低热导率。对此，我院崔升教授团队使用双相高熵多孔骨架结构设计策略以及复合陶瓷纤维来提高耐温性并降低热导率。采用甲酰胺/溶胶凝胶、超临界二氧化碳干燥并结合热处理工艺制备了新型双相高熵(Y0.2Ho0.2Tm0.2Yb0.2Lu0.2)2SiO5/(Y0.2Ho0.2Tm0.2Yb0.2Lu0.2)2Zr2O7陶瓷气凝胶（BP-HEZSA）。结果表明，BP-HEZSA在1200
℃ 时呈现双相高熵结构，在1400
℃时保持稳定，同时显示出元素的均匀分布。BP-HEZSA表现出纳米级的细晶粒（尺寸范围为18.82
nm至27.62
nm）、高BET比表面积（16.24m2·g-1）和良好的孔隙结构，所有这些都受热处理温度的控制。BP-HEZSA具有较低的室温热导率和较高的高温结构和相热稳定性。此外，通过与硅酸铝纤维复合，气凝胶的适用性也得到了提高。复合材料的密度低、导热系数低（0.04-0.14
W·m-1K-1）。丁烷喷灯测试证实复合材料具有优异的隔热性能，可满足先进纳米结构材料耐高温隔热的需求。相关研究成果以“Novel
biphasic high-entropy ceramic aerogels and their fiber composites with low
thermal conductivity, high thermal stability and significant thermal insulation
property”为题发表在“Journal of Alloys
and Compounds”期刊上（IF=5.8）。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.176299
