日前，東南大學能源與環境學院青年教師郝夢龍團隊與美國加州大學洛杉磯分校等單位合作研制出了一種具有中空孔壁結構的氮化硼（hBN）新型隔熱氣凝膠，該研究成果在Science發表。
據悉，氣凝膠因其超低熱導率，是目前市場上極具前景的新一代隔熱材料。然而目前市場上的氣凝膠面對航空航天等極端環境下的應用尚有諸多性能上的不足，如二氧化硅氣凝膠的密度較大，會增加航天器載荷；石墨烯氣凝膠在空氣中易氧化，難以承受返回艙再入大氣層時的高溫等。而氮化硼（hBN）氣凝膠則通過中空孔壁結構有效解決了傳統氣凝膠熱穩定性差、易碎、密度大等缺點，該突破性技術有望在航空航天熱控、建筑節能等方面得到廣泛應用。
郝夢龍研究團隊從性能目標出發，對材料的化學組成和多尺度結構進行了理性設計。首先，選用hBN作為基本構造單元，以獲得空氣中的高溫熱穩定性。其次，利用在石墨烯氣凝膠模板上沉積hBN納米層后再刻蝕掉模板的方法，得到了獨特的中空孔壁結構，進一步降低了導熱截面和有效熱導率。此外，通過調控氣凝膠成型過程中的冷卻方式，使片狀hBN形成了雙曲線型微觀排列，并由此導致材料展現出具有負泊松比的機械超穩定結構。材料表征結果顯示，此種氣凝膠結構在各項指標上都獲得了優異的性能，包括極低的密度（0.1mg/ml）、高溫穩定性（1400°C）、超低熱導率（真空中可低至2.4mW/m?K）、超彈性（95%形變）、熱震穩定（275°C/s）、以及負熱膨脹系數。
劍橋大學材料系的Chhowalla教授受邀為Science撰寫的評論文章中對這項研究成果高度評價。他指出，該氣凝膠開創了一種全新的用二維材料搭建成的三維結構的類型，對需求高比表面積的各種應用，例如催化和電化學儲能等有極大的潛在價值。另外，未來如果能夠在降低光學吸收率上深入研究，此類材料將有可能成為“光帆”等星際航行器的主要結構。
標簽： 凝膠
