研究者通過在石墨烯氣凝膠骨架原位沉積無定形氮化硼鎧裝層，實現了氣凝膠力學性能與熱學性能的協同增強，有望為極端環境下的超隔熱需求提供新的解決方案。相關成果發表于《國家科學評論》（National Science Review, NSR），哈爾濱工業大學徐翔教授、張傳偉教授與東南大學郝夢龍教授為共同通訊作者。

無機氣凝膠由于其獨特的性質已成為目前最具吸引力的材料之一，在超隔熱領域具有廣泛的應用前景，但其力熱互斥瓶頸難題阻礙了該材料的進一步發展。如何通過單一策略協同增強無機氣凝膠的力熱性能、實現物理性能指標性突破是目前面臨的主要挑戰。

合成制備：在這項研究中，研究者使用原位沉積技術實現了無定形氮化硼在石墨烯骨架上的可控沉積及界面處的化學鍵合。如下圖所示，通過多種表征手段，觀察到無定形氮化硼以均勻連續的納米層形式沉積在石墨烯孔壁上。

（a）樣品制備過程示意圖；（b）多孔結構掃描電鏡圖像；（c, d）納米多層孔壁高倍透射電鏡圖像；（e）具有月球基地和宇航員形狀的樣品照片。

力學性能：在軸向壓縮過程中孔壁發生彈性屈曲，納米多層結構實現了彎矩分配的合理優化，賦予了氣凝膠在超低密度（0.8 mg cm-3）下的超彈性（可逆壓縮率99%）。均勻連續的無定形氮化硼納米層通過化學鍵合點位牢固地釘扎在石墨烯片層兩側，增強了骨架薄弱節點并提高了整體性，使得氣凝膠可以承受彎曲、扭轉及偏心壓縮等復雜變形。

（a）單軸壓縮應力應變曲線；（b）彈性變形能力隨密度的變化；（c）兩點彎曲應力應變曲線；（d）偏心壓縮循環；（e）具有花朵形狀的樣品在手中緊握展開。

熱學性能：得益于化學鍵合納米多層設計的增強增韌作用，氣凝膠在高頻劇烈高低溫熱沖擊下幾乎未發生體積收縮與結構退化。研究者進一步使用穩態法測試了氣凝膠的真空熱導率，得益于超低密度、高碳含量及納米多層結構造成的聲子散射加劇，真空中近室溫(

（a）高頻劇烈高低溫熱沖擊前后單軸壓縮應力應變曲線；（b）穩態法真空熱導率測試裝置；（c）樣品及不同材料的真空熱導率。

月球基地隔熱層應用演示：輕質、柔韌的超隔熱材料對于深空地外探索尤為重要，例如月球表面晝夜溫差巨大，月球基地的熱環境極其惡劣，需要材料具備有效的熱管理能力。因此，該超輕、超彈、超隔熱的氣凝膠在此類環境中極具吸引力。研究者設計并制備了月球基地縮尺模型、搭建裝置模擬月球表面晝夜環境，測試該材料在此類應用場景中的隔熱性能。并與石墨烯氣凝膠、六方氮化硼氣凝膠及二氧化硅氣凝膠氈進行對比，證明了該材料在極端環境下的優異超隔熱性能。

（a）月球基地示意圖；（b）高真空月球基地模型實驗裝置照片；（c）加熱過程溫度場模擬和熱邊界示意圖；（d）冷卻過程溫度場模擬和冷邊界示意圖；（e）樣品及對比材料的冷熱邊界(上部)和內部環境(下部)的瞬態溫度曲線。

來源：知社學術圈