陶瓷氣凝膠因其超低密度、高孔隙率和多功能性而在許多領域中具有廣闊的應用前景，但在極端環境中使用時受限于力學性能和熱穩定性之間的典型權衡關系。在這項工作中，研究者設計并合成了具有三維（3D）交織卷曲納米纖維結構的陶瓷納米纖維氣凝膠，該結構賦予了氣凝膠優異的力學性能和高熱穩定性。這些陶瓷氣凝膠是通過直接且簡便的3D反應靜電紡絲合成的。其顯示出強大的結構穩定性，具體表現為高達100%拉伸應變的結構衍生機械超拉伸性，以及在高達40%拉伸應變、95%彎曲應變和60%壓縮應變下的優異恢復能力，-196至1400?℃的高熱穩定性，并且在高達1300℃的工作溫度下可重復拉伸?，在空氣中的導熱系數低至0.0228?W/m/K。總體而言，這項工作將為符合不同應用的高性能陶瓷氣凝膠的創新設計帶來靈感。
圖1.ICCAs的設計與制備。a-c）用于直接制造陶瓷納米纖維氣凝膠的3D反應靜電紡絲圖示。d）前體氣凝膠和ICCAs的圖像。e-f）ICCAs從其原始形態拉伸至100%應變，無任何斷裂，并使用丁烷噴燈加熱。
圖2.ICCAs的材料表征。a,b）不同放大倍率下ICCAs橫截面的SEM圖像，顯示出具有大量纏結的針織卷曲納米纖維結構。c,d）交織結構和納米纖維間交聯點的SEM圖像。e）莫來石納米纖維的透射電子顯微鏡（TEM）和高角度環形暗場STEM（HAADF-STEM）圖像。f）莫來石纖維的XRD光譜。g）卷曲的納米纖維從其原始結構拉伸至120%應變而不斷裂。h）單根陶瓷納米纖維的拉伸應力-應變曲線。i）拉伸斷裂前后纖維的圖像。j,k）ICCAs可以在不粉碎的情況下拉伸和打結。
圖3.ICCAs不受溫度影響的拉伸性。a）ICCAs的拉伸應力-應變曲線。（插圖）90%拉伸應變下ICCAs的SEM圖像。b）ICCAs的原位拉伸，顯示了拉伸-恢復性能。c）普通陶瓷納米纖維膜的拉伸應力-應變曲線。（插圖）5%拉伸應變下膜的SEM圖像。d）40%拉伸應變下的1000次拉伸試驗。e）楊氏模量、能量損失系數和最大應力與拉伸循環的關系。f）ICCAs在100,000次拉伸釋放疲勞循環期間的儲能模量、損耗模量和阻尼比；振蕩應變為5%。g）ICCAs在高溫條件下1小時后的拉伸應力-應變曲線。h）ICCAs經1300℃和1400℃處理1小時后的SEM圖像。i）在1300℃下保持1h后，以20%拉伸應變進行1000次拉伸試驗。
圖4.ICCAs的隔熱性能。a）ICCAs的熱導率與密度的關系。b）不同類氣凝膠材料的熱導率和最高工作溫度的比較。c）大尺寸前體ICCA的光學圖像。d）受ICCAs保護的丁烷噴嘴在30分鐘加熱過程中的紅外圖像，彩色比例尺顯示溫度。e）ICCAs暴露于丁烷噴燈10分鐘的光學和紅外圖像。
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