近期，中國科學院合肥物質院固體所王振洋和張淑東研究團隊通過定向性仿生設計，開發出具有高各向異性熱導率和極端熱穩定性的SiC@SiO2陶瓷纖維氣凝膠材料。研究成果以“Highly Oriented SiC@SiO2?Ceramic Fiber Aerogels with Good Anisotropy of the Thermal Conductivity and High-Temperature Resistance”為題發表在國際期刊Advanced Science?(Adv. Sci.?2025, 2416740)上。
 

　　許多天然生物材料具有特定有序微結構并表現出與方向相關的各向異性熱管理行為。鑒于此，研究團隊受天然生物材料有序結構(如木材導管、蠶繭層狀結構)啟發，結合靜電紡絲與冷凍干燥技術，制備出具有高溫熱穩定性和優異化學穩定性的SiC納米纖維，以此作為基元，在其表面構建非晶SiO2殼層形成聲子屏障，實現了纖維層內高度定向、層間有序堆疊的高取向性結構，成功開發出具有高各向異性SiC@SiO2陶瓷纖維氣凝膠。該各向異性氣凝膠材料在垂直纖維方向熱導率低至0.018 W/m·K，各向異性系數達5.08，顯著優于同類材料；其徑向彈性變形超60%，軸向比模量5.72 kN·m/kg，并展現卓越力學性能；在-196 ~ 1300℃環境中仍保持結構穩定性。
 

　　上述研究工作得到了國家重點研發計劃、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊項目、國家自然科學基金、安徽省重點研發計劃、安徽省自然科學基金等項目支持。
 

圖1. 高取向 SiC@SiO2?納米纖維氣凝膠輕量和壓縮性能。
 

圖2. 高取向 SiC@SiO2?納米纖維氣凝膠各向異性熱導率與極端熱穩定性。