用于超隔热的化学键合多层纳米层气凝胶

超隔热材料具有低导热系数，对于极端条件下的隔热和防护至关重要。这些材料在深空探索、航空航天、机械和热能工程等领域尤其需要，这些领域需要卓越的绝缘性和可靠性。无机气凝胶表现出许多优越的特性，如超轻重量、高变形能力、优异的耐火/耐腐蚀性和低导热系数，在绝热材料中展现出良好的前景。然而，无机气凝胶仍然受到机械性能和热性能之间权衡的困扰，这成为进一步探索其功能的关键障碍。尽管无机气凝胶的机械或热性能的增强已得到充分研究，

在《国家科学评论》上发表的一篇新研究文章中，哈尔滨工业大学和东南大学的研究人员提出了一种化学键合多层纳米层设计和合成石墨烯/非晶氮化硼气凝胶(a-BNGA)，以同时增强机械和热性能。与以往的工作不同的是，石墨烯骨架两侧均匀沉积有a-BN纳米层，形成化学键合的多层纳米层结构。研究发现，化学键合界面将均匀的 a-BN 护套紧紧固定在石墨烯骨架上，石墨烯骨架通过腱状机制发挥作用，确保框架中的协同变形和载荷传递。此外，a-BN纳米层可以增加细胞壁的弹性刚度，赋予理想的弯矩分布，实现耦合增韧效应，增强结构弹性。由此产生的a-BNGA具有超低密度和超高柔韧性(弹性压缩应变高达99%，弹性弯曲应变高达90%)和卓​​越的热稳定性(剧烈热冲击后几乎没有强度下降)。研究人员通过气凝胶花在人手中的折叠和展开过程展示了柔性变形能力。

值得注意的是，气凝胶中的a-BN纳米层体积超过20%，其机械性能至关重要，但不具有热活性——这是隔热材料的理想状态。固体传导和辐射贡献共同构成了真空中材料的表观热导率。受益于低密度导致的有效传导路径的稀缺以及界面额外的声子散射，可以有效地抑制固体传导。此外，石墨烯可用作红外吸收剂以减少辐射热传输。研究人员通过实验证明，这种气凝胶在真空中具有迄今为止独立式固体材料中创纪录的低导热率。此外，

“我们实现了无机气凝胶卓越的机械和热性能的结合，并定义了一种坚固的材料系统，可在月球和火星基地、卫星和航天器等极端条件下实现绝热。” 徐翔教授表示：“这种材料和结构设计也可能为无机气凝胶赋予其他独特功能提供机会。”

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