Flerskalig design av hypokristallin keramisk nanofibrös aerogel. a, Deformationslägen och motsvarande ν och α för kristallina (C), amorfa (A) och hypokristallina (H) keramiska fibrösa celler under mekaniska och termiska excitationer. Den färgade skalan indikerar variationen av keramik från amorf till kristall genom att använda ett lokalt entropibaserat fingeravtryck för att karakterisera kristalliniteten för varje atom i det simulerade systemet. b, Illustration av zig-zag-arkitekturdesignen baserad på hypokristallin fibrös keramik. Enheterna för de färgade skalstängerna är millimeter och visar absoluta förskjutningsvärden i ν- och α-beräkningar. Triangel-, kvadrat- och pentagoncellerna är byggnadsenheterna för att montera den fibrösa aerogelstrukturen. Kredit:Nature (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04784-0
Ett team av forskare vid Harbin Institute of Technology i Kina, som arbetar med en kollega i USA, har utvecklat en ny typ av aerogel för användning i flexibla värmeisoleringsmaterial. I deras artikel publicerad i tidskriften Nature , beskriver gruppen hur de gjorde sin aerogel och hur bra den fungerade när extrem värme applicerades.
Tidigare arbete har visat att aerogeler tillverkade av keramiska material fungerar mycket bra som värmeisolatorer - deras mycket låga densiteter har mycket låg värmeledningsförmåga. Men sådana material är spröda, vilket gör dem otillgängliga för användning i flexibla materialapplikationer, såsom dräkter för brandmän. De tenderar också att brytas ner när de utsätts för mycket höga temperaturer. I denna nya satsning har forskarna utvecklat en metod för att göra en keramisk baserad aerogel som kan användas i flexibla applikationer och som inte heller bryts ner när den utsätts för mycket höga temperaturer.
För att skapa sin aerogel tog forskarna ett nytt tillvägagångssätt - de tryckte en zirkonium-kiselprekursor, med hjälp av en plastspruta, in i en kammare med turbulent luftflöde - en elektrospinningsmetod som producerade ett keramiskt material som liknade sockervadd. De vek sedan det resulterande materialet till ett sicksackmönster och värmde det till 1100°C. Uppvärmning av det på ett sådant sätt ändrade materialets struktur från ett glasartat tillstånd till en nanokristall. Studie av det resulterande materialet med hjälp av ett spektroskop visade att deras tillvägagångssätt hade resulterat i skapandet av ett material med nanokristallina bitar inbäddade i en amorf zirkonmatris – en flexibel aerogel gjord med en keramik som inte var benägen att bryta ner under höga temperaturer.
Forskarna testade materialet genom att använda det för att isolera ett flygplansbränslerör och applicera en butanblåslampa i fem minuter. De fann att användningen av en generisk polyimidbarriär gjorde att temperaturen i röret nådde 267°C, medan en konventionell aerogel höll temperaturen på 159°C och den nya gelén höll den vid bara 33°C. De fann också att materialet var tillräckligt flexibel för att tillåta användning i flexibla dukar, som de som används för att tillverka skyddskläder för brandmän. + Utforska vidare
© 2022 Science X Network
