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Boronitrid-Nanoribbon-Aerogele, die in der Lage sind, unter flüssigem Stickstoff und 1000 ° C eine hohe Flexibilität zu gewährleisten

Apr 02, 2019

Aerogele , bekannt als neue Materialien zur Veränderung der Welt, haben hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften wie hohe Porosität, hohe spezifische Oberfläche, geringe Dichte und gute Wärmeisolationseigenschaften. Sie haben wichtige Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen thermische / akustische / elektrische Isolierung, Katalysator- / Medikamententräger, interstellare Staubsammlung, Umweltsanierung, Energie und Sensorik. Die eigenen mechanischen Mängel, wie schwache Festigkeit, Sprödigkeit und schlechte Verformungsfähigkeit, insbesondere im breiten Temperaturbereich, sind jedoch eines der wichtigsten Hindernisse für die praktische Anwendung von Aerogelen.

Angesichts der oben genannten Probleme hat das Aerogel-Team um Zhang Xuetong, Forscher am Suzhou Institute of Nanotechnology und Nanobionik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, mit deutschen Wissenschaftlern zusammengearbeitet, um experimentelles Design mit theoretischen Berechnungen zu kombinieren. Ein einfacher, effizienter und umweltfreundlicher Syntheseweg wurde durch die Regulierung des Wasserstoffbrücken-Netzwerks durch Lösungsmittelkomponenten gefunden. Die flexible Beibehaltung von Aerogel-Material in einem breiten Temperaturbereich (-196 ° C ~ 1000 ° C) und verschiedenen Lastaufprallformen (Kompression, Biegung, Verzug, Scherung usw.) wird vorgestellt.

Die Forschung zeigt, dass das Bornitrid-Aerogel aus ultradünnen (~ 3,2 nm), großem Aspektverhältnis (Hunderten von) und porösen Nanostrukturen mit Streifen besteht, die miteinander verflochten und geläppt sind und ultraleicht zeigen (~ 15 mg cm-3) ), Wärmedämmung (~ 0,035 W / mK), hohe spezifische Oberfläche (~ 920 M2 g-1) und hervorragende mechanische Eigenschaften. Die Aerogele können die Struktur aufrechterhalten, ohne bei mehrfacher zyklischer Kompression, Verzerrung, Biegung und Scherung zusammenzubrechen, und sie können ihre ursprüngliche Form schnell wiederherstellen. Wenn das Aerogel in flüssigen Stickstoff eingetaucht wird, kann die Druckfestigkeit weiterhin gut gehalten werden. Wenn das Bornitrid-Aerogel in einem Gasbrenner oder einem Röhrenofen oberhalb von 1000 ° C (Luftatmosphäre) angeordnet wird, bleibt seine stabile mechanische Flexibilität intakt und es kann dem Aufprall verschiedener Belastungen standhalten. Die äußerst flexible Anzeige der obigen nitrierten Aerogele ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

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Wir gehen davon aus, dass die superflexiblen nitrierten Bor-Aerogele voraussichtlich in den High-End-Bereichen wie der thermischen Isolierung in der Luft- und Raumfahrt, dem Nuklearschutz und dem Wärmeschutz von Kernreaktoren eingesetzt werden.