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

來源：西安交通大學材料學院

彈性陶瓷氣凝膠是一種新型材料，具有重量輕、導熱系數(shù)低、可恢復壓縮性好等特點，在隔熱、催化、過濾和航空航天等領域有著廣泛的應用前景。然而，具有可調(diào)節(jié)物理和機械性能的合理設計的多尺度結構的彈性陶瓷氣凝膠的構建仍然是一項重大挑戰(zhàn)。

針對上述難題，西安交通大學王紅潔教授團隊開發(fā)了一種墨水直寫3D打印與類化學氣相沉積相結合的工藝，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。所制備的具有點陣結構的SiC納米線氣凝膠，可實現(xiàn)壓縮模量從0.012到5.800MPa約2個數(shù)量級的大范圍調(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)出低導熱性 (0.046Wm–1K–1 )。通過對氣凝膠點陣的結構調(diào)控，結合氣凝膠良好的隔熱性能，可以實現(xiàn)對熱流的管理。目前的工作為彈性陶瓷氣凝膠的設計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)工程結構和其他潛在應用。

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

相關論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01039

圖1. 通過直接墨水書寫的 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)和結構。

圖3. 可壓縮性。

圖4. 熱管理性能

小結

總之，通過增材制造彈性SiC納米線氣凝膠?？梢垣@得具有設計復雜結構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)的機械強度，使其能夠適應特定的應用場景。碳化硅納米線氣凝膠還表現(xiàn)出低導熱性，滿足隔熱相關應用。此外，鑒于全面的機械和隔熱性能，3D構建的SiC納米線氣凝膠的潛在應用有望擴展到熱管理以外的更高級領域，如高溫過濾器、催化劑載體、電極隔膜以及能源和環(huán)境應用程序。