一種具有中空孔壁結(jié)構(gòu)的氮化硼（hBN）新型隔熱氣凝膠

      日前，東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院青年教師郝夢(mèng)龍團(tuán)隊(duì)與美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校等單位合作研制出了一種具有中空孔壁結(jié)構(gòu)的氮化硼（hBN）新型隔熱氣凝膠，該研究成果在Science發(fā)表。
 
      據(jù)悉，氣凝膠因其超低熱導(dǎo)率，是目前市場(chǎng)上極具前景的新一代隔熱材料。然而目前市場(chǎng)上的氣凝膠面對(duì)航空航天等極端環(huán)境下的應(yīng)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(huì)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(shí)的高溫等。而氮化硼（hBN）氣凝膠則通過(guò)中空孔壁結(jié)構(gòu)有效解決了傳統(tǒng)氣凝膠熱穩(wěn)定性差、易碎、密度大等缺點(diǎn)，該突破性技術(shù)有望在航空航天熱控、建筑節(jié)能等方面得到廣泛應(yīng)用。
 
      郝夢(mèng)龍研究團(tuán)隊(duì)從性能目標(biāo)出發(fā)，對(duì)材料的化學(xué)組成和多尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理性設(shè)計(jì)。首先，選用hBN作為基本構(gòu)造單元，以獲得空氣中的高溫?zé)岱€(wěn)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(dú)特的中空孔壁結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低了導(dǎo)熱截面和有效熱導(dǎo)率。此外，通過(guò)調(diào)控氣凝膠成型過(guò)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(dǎo)致材料展現(xiàn)出具有負(fù)泊松比的機(jī)械超穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。材料表征結(jié)果顯示，此種氣凝膠結(jié)構(gòu)在各項(xiàng)指標(biāo)上都獲得了優(yōu)異的性能，包括極低的密度（0.1mg/ml）、高溫穩(wěn)定性（1400°C）、超低熱導(dǎo)率（真空中可低至2.4mW/m?K）、超彈性（95%形變）、熱震穩(wěn)定（275°C/s）、以及負(fù)熱膨脹系數(shù)。
 
      劍橋大學(xué)材料系的Chhowalla教授受邀為Science撰寫(xiě)的評(píng)論文章中對(duì)這項(xiàng)研究成果高度評(píng)價(jià)。他指出，該氣凝膠開(kāi)創(chuàng)了一種全新的用二維材料搭建成的三維結(jié)構(gòu)的類型，對(duì)需求高比表面積的各種應(yīng)用，例如催化和電化學(xué)儲(chǔ)能等有極大的潛在價(jià)值。另外，未來(lái)如果能夠在降低光學(xué)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(jié)構(gòu)。