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陶瓷气凝胶技术获得新突破

加州大学洛杉矶分校的研究人员和其他八家研究机构的合作者创造了一种非常轻,非常耐用的陶瓷气凝胶。这种材料可以用于像绝缘航天器这样的应用,因为它能够承受太空任务所承受的强烈的热量和剧烈的温度变化。



尽管气凝胶的体积超过99%是空气,但气凝胶的重量在结构上非常坚固。它们可以由多种材料制成,包括陶瓷、碳或金属氧化物。与其他绝缘体相比,陶瓷基气凝胶在阻挡极端温度方面更有优势,而且它们具有极低的密度,并且具有很高的耐火和耐腐蚀性能-所有这些品质都能很好地应用于可重复使用的航天器。


但目前的陶瓷气凝胶是高度脆性和倾向于断裂后,反复暴露在极端的热和剧烈的温度波动,这两者都是常见的太空旅行。这种新材料是由薄层氮化硼(一种陶瓷)制成的,原子以六边形的形式连接在一起,就像鸡丝一样。


在加州大学洛杉矶分校(UCLA)领导的研究中,它经受住了通常会破坏其他气凝胶的条件.当工程师们在几秒钟内在零下198摄氏度到900度之间的测试容器中提高和降低温度时,它经受住了数百次突如其来的极端温度的冲击。在另一次测试中,它在1400摄氏度下保存了一周后,失去了不到1%的机械强度。


普通陶瓷材料通常在加热时膨胀,冷却时收缩。随着时间的推移,这些反复的温度变化可能导致这些材料断裂,并最终失效。新的气凝胶被设计成更耐用,做的正好相反-它收缩而不是在加热时膨胀。


此外,气凝胶垂直压缩的能力-就像网球一样-帮助它在反复快速的温度变化中存活下来。(该性质称为负泊松比。)它也有内部“墙”,加强了双窗格结构,这减少了材料的重量,同时增加了它的绝缘能力。


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