陶瓷气凝胶由于低密度、大比表面积、优异的耐火性和低导热性等特性在热/声/电绝缘、催化剂载体、过滤器和储能材料等领域中得到广泛应用。但是，由于其固有的珍珠项链状的微观结构导致其不能形成有效的连续结构，在实际应用中受到限制。虽然已有研究利用柔性一维纤维、陶瓷海绵等解决陶瓷气凝胶的机械性能，但是这些气凝胶在外力作用下或长时间暴露于高温下会发生严重的强度退化和结构崩溃，可能会引发灾难性事件。因此，具有足够的机械强度（高强度和超弹性）以及优异的耐高温性的陶瓷纤维气凝胶是在极端情况下可靠应用陶瓷气凝胶的关键。

东华大学纺织科技创新中心的丁彬团队受到具有海绵状弹簧状层状多孔结构的木质海绵非凡机械性能的启发，将柔性的ZrO₂－Al₂O₃纳米纤维与Al(H₂PO₄)₃（AHP）基质相结合，开发了具有各向异性、具有层状结构和恒定机械性能的ZrO₂–Al₂O₃纳米纤维气凝胶（ZrAlNFAs）。由于具有许多堆叠平行排列的多拱形微尺度结构组成的层状结构，ZrAlNFAs在90％的应变下表现出高达1100 kPa的高压缩强度，在60％的应变下表现出1000次压缩的抗疲劳性。此外，层状结构、高孔隙率（> 98％）和全陶瓷成分使ZrAlNFAs具有温度不变的可压缩性、高达1300°C的高耐火性、低至0.0322 W／m／K的导热性以及高温隔热性能，使它们在极端环境下可以被认为是现有隔热材料的有前途的替代品。该成果以“Ultrastrong, Superelastic, and Lamellar Multiarch Structured ZrO₂－Al₂O₃ Nanofibrous Aerogels with High-Temperature Resistance over 1300℃”为题发表在《ACS NANO》上。

ZrAlNFAs的制备及结构表征

ZrAlNFAs的机械性能和压缩机制

ZrAlNFAs的温度不变超弹性

ZrAlNFAs的隔热性能

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c06423

（来源：高分子科学前沿）