DOI: 10.1002/ange.202001679
由聚合物、碳和金屬組成的具有彈性和可壓縮性的三維納米材料已經以多種形式制備出來。然而，制備熱穩定的彈性陶瓷氣凝膠仍然是一個巨大的挑戰。研究者展示了一種原位合成策略，通過整合柔性電紡二氧化硅納米纖維和類橡膠Si-O-Si鍵合網絡來開發具有超彈性的仿生二氧化硅納米纖維（SNF）氣凝膠。納米纖維間穩定的鍵合結構是通過纖維冷凍成型過程原位構建的。合成的SNF氣凝膠具有超低密度（>0.25 mg cm-3）、高達1100℃溫度不變的超彈性和超過一百萬次壓縮的強大抗疲勞性能。陶瓷的性質也賦予氣凝膠耐火性和超低導熱性。SNF氣凝膠的成功合成為超彈性陶瓷氣凝膠的結構適應性和可伸縮性設計開辟了新的途徑。
圖1.a）燈心草不同放大倍數的光學圖像和掃描電鏡圖像。e）顯示SNF氣凝膠制造的示意圖。f）三種交聯硅烷偶聯劑的結構。g）SNF氣凝膠納米纖維間的交聯網絡。h）SNF氣凝膠的光學圖像。i-k）不同放大倍數下的SNF氣凝膠微觀結構，展示了仿生納米纖維骨架結構。
圖2. a）由不同交聯劑制成的SNF氣凝膠在第5次加載-卸載循環時，壓縮率σ與ε的關系。b）示意圖顯示了氣凝膠在三個結構層次上的壓縮過程：SNF氣凝膠、單個納米纖維和交聯網絡。c）分別對水解的TEOS、MTMS和DMDMS分子進行分子建模。 d）分別為交聯的TEOS、MTMS和DMDMS水解產物的模擬快照。e）截留半徑對TEOS、MTMS和DMDMS水解產物的交聯反應轉化率的影響。f）三個交聯網絡的均方位移和g）擴散系數。
圖3.a）隨著ε的增加，氣凝膠的壓縮σ-ε曲線。b）e為50％的多循環壓縮試驗。c）楊氏模量、最大應力和能量損失系數與壓縮循環的關系。d）選定的低密度氣凝膠的相對楊氏模量。e）在-100到500℃的溫度下SNF氣凝膠的儲能模量和損耗模量頻率之間的關系。f）SNF氣凝膠在500℃下進行一百萬次循環的儲能模量和損耗模量。光學圖像顯示了g）SNF氣凝膠在丁烷噴燈（1100℃）和h）液氮（-196℃）火焰中的彈性。i）在1000、1100、1200和1300℃下煅燒2 h的SNF氣凝膠的X射線衍射（XRD）圖。
圖4.a）用于隔熱應用的不同形狀的大型SNF氣凝膠的光學圖像。b）SNF氣凝膠的導熱系數與測試溫度的關系。c）比較SNF氣凝膠和其他報道的細胞材料的導熱系數和最高工作溫度。d）SNF氣凝膠的超輕和耐火性能。e）SNF氣凝膠的隔熱性能。f）管狀絕緣SNF氣凝膠的光學圖像。g）管狀SNF氣凝膠的隔熱過程的紅外圖像。h）氣凝膠內外壁隨時間變化的溫度曲線圖。
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