最新Nature:硅氣凝膠的增材制造策略

【引言】

憑借超低的熱導率和開放的孔結構，硅氣凝膠（silica aerogel）在隔熱、催化、環境修復、光學器件以及超速粒子捕捉等方面具有廣泛的應用前景。這其中，隔熱保溫是硅氣凝膠最具市場前景的應用之一，然而硅氣凝膠的脆性一直限制著其在隔熱領域的進一步發展。雖然可以利用纖維增強和粘合劑來實現在工業和建筑領域的大體積隔熱保溫，但其較差的機械可加工性和精準澆鑄能力無法支持硅氣凝膠的微型化。

【成果簡介】

瑞士聯邦材料科學與技術實驗室的Shanyu Zhao和Wim J. Malfait（共同通訊作者）等人提出了一種直接墨水書寫的增材制造策略，可用于制備微型化硅氣凝膠。為了制備這一墨水，研究人員將硅氣凝膠粉末添加到硅二氧化硅納米顆粒溶膠中形成懸浮液。由于氣凝膠顆粒的高體積分數，這一墨水表現出剪切稀化（shear-thinning）行為，導致其在打印過程中經過噴嘴時是流動的，而打印后其黏度快速增加，保證打印物體能保留維持自身的形態。打印之后，硅溶膠在氨氣環境中進一步膠凝并加工形成氣凝膠。如此制造的氣凝膠不僅保留了超低的熱導率，還具有高比表面積（751平方米/克）。研究利用這一微型化氣凝膠實現了溫度管理、揮發性有機物降解等功能，闡釋了這一材料的應用前景。2020年08月19日，相關成果以題為“Additive manufacturing of silica aerogels”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1硅氣凝膠的增材制造過程和表征

圖2 三維打印材料的微結構及其性能

圖3溫度管理

圖4 具有揮發性有機物降解能力的光驅動熱蒸發氣泵

文獻鏈接：Additive manufacturing of silica aerogels（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2594-0）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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