中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員李江濤團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)教授董巖皓課題組合作，利用硅粉-聚四氟乙烯反應(yīng)劑之間的快速燃燒合成反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了大尺寸碳化硅氣凝膠的閃速合成，有望為碳化硅氣凝膠的規(guī)模化生產(chǎn)和廣泛工程應(yīng)用開(kāi)辟一條新途徑。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然·通訊》。
碳化硅氣凝膠是一種輕量化材料。現(xiàn)有工藝雖然能夠制備出具有循環(huán)壓縮性、高拉伸性等優(yōu)異性能的碳化硅納米線氣凝膠，卻普遍存在工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)和制造成本高等問(wèn)題。如何快速、低成本、低能耗制備大尺寸碳化硅氣凝膠，是領(lǐng)域內(nèi)面臨的瓶頸問(wèn)題。
李江濤介紹，在實(shí)驗(yàn)室條件下，采用研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新工藝，每分鐘可以制備出16升碳化硅氣凝膠，比現(xiàn)有氣凝膠合成技術(shù)的生產(chǎn)速度提升了10倍。與此同時(shí)，該工藝的制備成本降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，制備1升碳化硅氣凝膠成本僅需5元。此外，該工藝的合成過(guò)程還具有近零能耗的突出特征，非常適合大尺寸碳化硅氣凝膠的低碳、低成本制備。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)選作為碳源的聚四氟乙烯反應(yīng)劑粉末，利用其作為反應(yīng)促進(jìn)劑和氣化劑的雙重作用，不僅實(shí)現(xiàn)了硅/碳弱放熱反應(yīng)體系的燃燒合成，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)物微納尺度微結(jié)構(gòu)的調(diào)控。利用這種燃燒合成策略制備的碳化硅氣凝膠展現(xiàn)出均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并具有超輕量化和自支撐的顯著特性。
所得碳化硅氣凝膠是由許多碳化硅納米線相互交織和堆疊而成的層狀結(jié)構(gòu)材料，該結(jié)構(gòu)使其在40%應(yīng)變條件下具有良好的抗疲勞性能，能夠承受高達(dá)100次的循環(huán)加載而不發(fā)生破壞。碳化硅氣凝膠的層狀結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合高達(dá)99.6%的孔隙率以及全陶瓷組分，為其帶來(lái)了一系列卓越的宏觀物理性能。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-51278-w
編輯：李華山
