陶瓷材料具有耐高溫🚧🐡、耐腐蝕⛩、化學穩定性好等優點，在隔熱、吸音、催化、能源等領域具有廣泛的應用。然而，傳統的陶瓷材料普遍存在硬度大、脆性大👷🏼♂️、不可壓縮的問題👷🏿♂️，限製了其在某些領域應用性能的提升◼️。
近日，我校俞建勇院士及丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊開發出了一種超輕質、像海綿一樣彈性陶瓷材料。該研究於2018年4月27日以“Ultralightand fire-resistant ceramic nanofibrous aerogels with temperature-invariantsuperelasticity”為題發表於Science子刊《科學進展》（Science Advances，Sci.Adv. 2018;4: eaas8925）上。我校系該論文唯一單位，我校材料學院09級博士畢業生斯陽（現為美國加州大學戴維斯分校博士後）與材料學院11級博士生王雪琴系共同第一作者👷🏽。
論文全文鏈接：http://advances.sciencemag.org/content/4/4/eaas8925
傳統的陶瓷材料由於內部致密的晶體結構，使其表現出脆性大、硬度大、無法壓縮的問題，研究團隊通過以200納米細小直徑的柔性陶瓷納米纖維為構築基元，通過三維網絡重構方法獲得了具有類似蜂巢網孔結構的陶瓷納米纖維氣凝膠。該新穎結構不僅賦予了材料像海綿一樣的壓縮回彈性，同時還可顯著降低材料的重量，其最低密度可達0.15mg/cm3👩🏼🔬。
{圖1彈性陶瓷納米纖維氣凝膠的（a）製備流程示意圖，（b）不同形狀樣品👩⚖️，（c）超輕質特性，（d）耐高溫性能，（e）大形變下壓縮回復性能}
據了解，該彈性陶瓷氣凝膠內部具有類似蜂巢的纖維網孔結構◼️，每個網孔中陶瓷纖維都緊密粘結，同時柔性的單根陶瓷納米纖維在較大形變下仍然可回復💵，這種獨特的多級纖維網孔結構賦予了其良好的壓縮回彈性能🙅♂️。該彈性陶瓷氣凝膠被壓縮至80%應變後仍能快速回復至初始形狀🧗🏼♀️👩🏽🚒，回復速率高達860mm/s，並且在500次壓縮後塑性形變僅為12%🤙。同時👊🏼，該材料具有優異的耐高溫防火性能，甚至在1100攝氏度的高溫火焰中仍可壓縮回彈。此外，該彈性陶瓷氣凝膠還具有良好的隔熱性能，其導熱系數低至0.025W/m·K👨🏽🦳。
{圖2（a）彈性陶瓷材料在1100攝氏度高溫火焰中的壓縮回復性能🧓🏽，（b）不同材料隔熱性能對比，（c）彈性陶瓷材料在350攝氏度下的紅外成像照片}
該研究成果有望在高溫隔熱、航空航天、電子信息、生物工程等領域實現特效應用。目前研究團隊正與相關機構和公司積極合作，開發基於彈性陶瓷氣凝膠的電磁屏蔽材料、高性能催化劑載體、柔性電子器件、生物組織工程支架等材料，有望提升產品的使用性能🦼。同時👩🏽🏫，研究團隊也將利用意昂建立的靜電紡纖維及氣凝膠宏量製備平臺🏎，推進彈性陶瓷材料的中試生產⏯。該項研究得到國家自然科學基金、上海市科委🙍🏻♀️、上海市教委創新計劃等項目的大力支持🧝🏿♀️🤵🏽♀️。
