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凱夫拉陶瓷氣凝膠復合材料?你沒看錯,這個可以有!
2020年12月14日 發布 分類:技術前沿 點擊量:152
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最近,布法羅大學(University at Buffalo)的研究團隊的新型芳綸陶瓷氣凝膠納米復合材料成果發表在先進工程材料(Advanced Engineering Materials)期刊上,這種材料具備從低溫到高溫保持高機械耐磨強度的特點,使其成為低成本制造可穿戴紡織品的一個有希望的候選材料,用于惡劣環境中的應用,包括航空航天、電子和個人防護服。https://doi.org/10.1002/adem.202001169

陶瓷

芳綸氣凝膠織物的制備工藝方案(圖片來源:nanowerk,下同)

芳綸它更廣為人知是作為功能和結構材料在Kevlar?商標(凱夫拉)下的防護纖維應用。粉體圈曾報道,俄羅斯計劃在2023年,將陶瓷+織物替代鋼鐵護甲用于重型導彈驅逐艦。原因是芳綸輕便,防護力要不錯,但成本高;復合陶瓷可以增強防護,同時降低成本。將芳綸和陶瓷兩種人工材料的性能結合起來,可以在提升防護效果的同時減輕重量,從來極大地提升艦船生存能力。

但上述報道應用是把兩種材料進行結構設計組裝的應用,此次研究則是將兩種材料有機復合,這無疑更好發揮了材料優勢,拓展了應用空間。材料參數顯示其特征為:低密度(0.08 g cm-3)、低導熱系數(0.034 W m-1 K-1)和高壓縮性的陶瓷氣凝膠納米復合材料機械強度為1.1 MPa。

陶瓷

復合材料的樣品放在花蕾上,展示了這種材料的輕量化特性

陶瓷

抗氫氣燃燒演示

研究團隊介紹制備方法,“工業化生產戰略為指導,通過納米多孔二氧化硅氣凝膠與芳綸纖維原位交聯進行制備復合纖維,合成的納米復合纖維形成三維網絡與中空介孔二氧化硅氣凝膠基質連接,氣凝膠纖維結構具有相互連接的多孔網絡和較高的靜止空氣層含量,即使在-196°C到400°C的極端環境下,芳綸纖維氣凝膠復合材料也具有非凡的隔熱性能?!?/span>

這種方法的關鍵在二氧化硅預陶瓷氣凝膠前驅體和芳綸纖維之間發生的原位交聯。在常壓干燥反應中,前體轉化為納米多孔SiO2氣凝膠并沉積到芳綸纖維上。芳綸纖維構成了滲流網絡,而氣凝膠則交聯并沉積在纖維網絡上。凝膠化后芳綸纖維與氣凝膠的界面結合進一步防止了纖維網絡的崩潰。

研究人員指出,這種材料也適合3D打印。團隊正在研究具體應用,包括隔熱耐磨系統、抗沖擊裝甲應用以及熱敏應用中的結構部件。

編譯YUXI


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