中国科学技术大学最新Advanced Functional Materials（IF=19）！多位学者鼎力参与！

文章出处：“论论APP”-中国科学技术大学机构榜

研究背景

在航空航天领域，高性能工程材料需要抵御极端的负载和热烧蚀。气凝胶已经实现了令人满意的保温性能，但多孔骨架的本质脆性无法保证其在严重应力场下的正常运行。因此，需要一种新型材料来解决这个问题。

研究内容

在这项研究中，研究人员使用芳纶纳米纤维（ANFs）通过多尺度增韧策略制备出具有韧性的3D气凝胶单体。这种策略包括单向冻融成型启用的微结构定向和酸辅助纳米纤维交联。通过快速风干而实现ANFs气凝胶的可扩展生产，无需过度能源消耗。ANFs气凝胶中的排列好的纳米纤维使其具有极高的热导率（15.8mW m⁻¹K⁻¹），在-130到300°C范围内具有超级保温性能，并且在20分钟内具有耐燃烧保护。特别地，高度聚集的纳米纤维组装成密集的ANFs骨架，赋予韧性气凝胶卓越的比拉伸强度（89MPa cm³ g⁻¹），超高韧性（1.3MJ m⁻³）和惊人的断裂能量（7.36kJ m⁻²）。这种机械性能高度抵抗恶劣环境，包括水侵蚀（7天）和高温烘烤（30天）。此外，与商业泡沫相比，ANFs气凝胶在140 m s⁻¹的弹道冲击下表现出两到三倍的能量耗散。这种综合机械和热稳健性可能是气凝胶材料在冲击热耦合保护方面的潜在应用的开创性。

研究意义

这项研究创新性地使用ANFs增强气凝胶单体的韧性和保温性能，为航空航天领域的高性能工程材料提供了新的选择。此外，该研究还提供了一种可扩展生产ANFs气凝胶的方法，无需过度能源消耗。这种新型材料的机械和热稳健性能使其在冲击热耦合保护方面具有潜在应用，为相关领域的研究提供了新的思路。