《ACS Nano》：西安交大研究人員在彈性陶瓷氣凝膠3D打印技術(shù)研究方面取得進(jìn)展

來(lái)源：西安交通大學(xué)材料學(xué)院

彈性陶瓷氣凝膠是一種新型材料，具有重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、可恢復(fù)壓縮性好等特點(diǎn)，在隔熱、催化、過(guò)濾和航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，具有可調(diào)節(jié)物理和機(jī)械性能的合理設(shè)計(jì)的多尺度結(jié)構(gòu)的彈性陶瓷氣凝膠的構(gòu)建仍然是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

針對(duì)上述難題，西安交通大學(xué)王紅潔教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種墨水直寫3D打印與類化學(xué)氣相沉積相結(jié)合的工藝，制備了具有可編程幾何形狀和可調(diào)控力/熱性能的SiC納米線氣凝膠。所制備的具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的SiC納米線氣凝膠，可實(shí)現(xiàn)壓縮模量從0.012到5.800MPa約2個(gè)數(shù)量級(jí)的大范圍調(diào)控。更重要的是，定制的輕質(zhì)且有彈性的 SiC 納米線氣凝膠表現(xiàn)出低導(dǎo)熱性 (0.046Wm–1K–1 )。通過(guò)對(duì)氣凝膠點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)調(diào)控，結(jié)合氣凝膠良好的隔熱性能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱流的管理。目前的工作為彈性陶瓷氣凝膠的設(shè)計(jì)和快速制造提供了另一種方法，有望用于柔性熱管理裝置、輕質(zhì)工程結(jié)構(gòu)和其他潛在應(yīng)用。

相關(guān)研究成果以名為“Additive Manufacturing of Resilient SiC Nanowire Aerogels”的論文發(fā)表在《ACS Nano》期刊上。

相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01039

圖1. 通過(guò)直接墨水書寫的 SiC 納米線氣凝膠的增材制造策略

圖2. SiC 納米線氣凝膠晶格的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。

圖3. 可壓縮性。

圖4. 熱管理性能

小結(jié)

總之，通過(guò)增材制造彈性SiC納米線氣凝膠。可以獲得具有設(shè)計(jì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)和可控密度的碳化硅納米線氣凝膠。SiC納米線氣凝膠顯示出可調(diào)節(jié)的機(jī)械強(qiáng)度，使其能夠適應(yīng)特定的應(yīng)用場(chǎng)景。碳化硅納米線氣凝膠還表現(xiàn)出低導(dǎo)熱性，滿足隔熱相關(guān)應(yīng)用。此外，鑒于全面的機(jī)械和隔熱性能，3D構(gòu)建的SiC納米線氣凝膠的潛在應(yīng)用有望擴(kuò)展到熱管理以外的更高級(jí)領(lǐng)域，如高溫過(guò)濾器、催化劑載體、電極隔膜以及能源和環(huán)境應(yīng)用程序。