突破性进展高端材料碳化硅气凝胶实现1升5元闪速低成本合成
在当今社会，科技进步日新月异，新材料的研发成为了推动各行各业发展的关键力量。然而，高端材料往往伴随着高昂的成本，这在一定程度上限制了其广泛应用。近日，中国科学院理化技术研究所与清华大学合作的一项重大科研成果引发了广泛关注。李江涛研究员团队与董岩皓教授课题组通过创新性的硅粉-聚四氟乙烯反应剂快速燃烧合成技术，成功实现了大尺寸碳化硅(SiC)气凝胶的闪速低成本合成。这一成果不仅大幅缩短了生产周期，还显著降低了制造成本，使得每升碳化硅气凝胶的制造成本仅需5元，为碳化硅气凝胶的规模化生产和广泛应用开辟了新途径。 碳化硅气凝胶作为一种轻量化材料，以其优异的隔热性能、压缩回弹性、耐火性和抗氧化性，在航空航天、建筑、环保、能源、生物医药等多个领域展现出广阔的应用前景。然而，传统的碳化硅气凝胶制备方法普遍存在工艺复杂、生产周期长和制造成本高等问题，限制了其大规模应用。 针对这一瓶颈，研究团队利用硅粉与聚四氟乙烯反应剂之间的快速燃烧合成反应，实现了碳化硅气凝胶的高效制备。实验结果表明，在实验室条件下，该工艺每分钟可以制备出16升碳化硅气凝胶，生产速度比现有技术提升了10倍。同时，该工艺的合成过程具有近零能耗的特点，非常适合大尺寸碳化硅气凝胶的低碳、低成本制备。 聚四氟乙烯反应剂粉末在合成过程中发挥了关键作用，其作为反应促进剂和气化剂的双重作用，不仅促进了硅/碳弱放热反应体系的燃烧合成，还实现了对产物微纳尺度微结构的精准调控。反应一经点燃，便迅速达到高峰压力和高温，待反应冷却后，体积膨胀比高达1076%，展现了极高的合成效率。 通过这种燃烧合成策略制备的碳化硅气凝胶，具有均匀的内部结构、超轻量化和自支撑的特性。它由众多碳化硅纳米线相互交织和堆叠而成，形成了独特的层状结构，使得材料在40%应变条件下能够承受高达100次的循环加载而不发生破坏，展现出良好的抗疲劳性能。此外，碳化硅气凝胶高达99.6%的孔隙率以及全陶瓷组分，赋予其优异的温度稳定性和在宽温区范围内的可压缩性。 值得注意的是，碳化硅气凝胶在室温条件下展现出超低热导率，在高温下则表现出优异的隔热性能，进一步凸显了其在热管理应用方面的巨大潜力。这些卓越的性能使得碳化硅气凝胶在多个领域的应用前景更加广阔。 此项研究成果已发表于国际权威期刊《自然·通讯》，标志着我国在高端材料碳化硅气凝胶的制备技术上取得了重大突破。未来，随着该技术的进一步推广和应用，碳化硅气凝胶有望为众多行业带来性的变化，推动相关产业的快速发展。
