原文转载自公众号：东南大学
当陶瓷气凝胶遇上一朵花
会发生怎样的故事？
你看它轻盈自若
谁去管烈火灼烧——
在陶瓷气凝胶的保护下
花朵安然无恙
日前，东南大学能源与环境学院青年教师郝梦龙团队与美国加州大学洛杉矶分校等单位合作研制出了一种超轻且极其耐用的陶瓷气凝胶——具有中空孔壁结构的氮化硼（hBN）新型隔热气凝胶，双方以共同一作身份在Science发表了该研究成果。这项技术未来有望在航空航天热控、建筑节能等方面得到广泛应用。
在目前的市场上，气凝胶因其超低热导率，是极具前景的新一代隔热材料。然而，目前市场上的气凝胶由于性能差异，在航空航天等极端环境下的应用尚有不足，如二氧化硅气凝胶的密度较大，会增加航天器载荷；石墨烯气凝胶在空气中易氧化，难以承受返回舱再入大气层时的高温等。市场急需一种性能优异，能适应诸多极端环境的新型气凝胶。
团队研究发现，将氮化硼（hBN）气凝胶做成独特的中空孔壁结构，能有效解决传统气凝胶的许多缺点，如热稳定性差、易碎、密度大等。
于是他们从性能目标出发，对材料进行了理性设计，重新设计了化学组成和多尺度结构。
第一步，团队选用hBN作为基本构造单元，以获得空气中的高温热稳定性。接下来，他们利用先在石墨烯气凝胶模板上沉积hBN纳米层，然后再刻蚀掉模板的独特方法，得到了特别的中空孔壁结构，这样能进一步降低导热截面和有效热导率。不仅如此，他们还通过调控气凝胶成型过程中的冷却方式，使片状hBN形成了双曲线型微观排列，并由此导致材料展现出具有负泊松比的机械超稳定结构。
新研发的陶瓷气凝胶由氮化硼薄层制成，是一种原子以六边形网格状（类似铁丝网）连接的陶瓷材料。实验测试表明，这种材料结构在各项指标上都获得了优异的性能，包括极低的密度（0.1mg/ml）、高温稳定性（1400°C）、超低热导率（真空中可低至2.4mW/m•K）、超弹性（95%形变）、热震稳定（275°C/s）、以及负热膨胀系数。
也就是说，新型材料会更轻，在高温下机械强度损失更小。有意思的是，新材料被加热时会收缩，而不是像其他陶瓷一样膨胀，因而比目前最先进的陶瓷气凝胶更柔韧，更具弹性：它可以被压缩到原始体积的5%并完全恢复；而其他现有的气凝胶只能压缩到约20%然后完全恢复。
新材料已经受到了业界知名人士的高度评价，剑桥大学材料系的Chhowalla教授在受邀为Science撰写的评论文章中指出，该气凝胶开创了一种全新的用二维材料搭建成的三维结构的类型，这些材料在需求高比表面积的各种应用中有着极大的潜在价值，例如热能催化、电化学储能等。
更令人兴奋的是，未来如果能够在降低光学吸收率上深入研究，此类材料将有可能成为“光帆”等星际航行器的主要结构。
“人类的勇气和坚毅，
都被镌刻在星空下”
编辑 | 张子茜、董语诗
部分内容来自《科技日报》
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两江科技评论编辑部
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