钛/硅二元氧化物陶瓷纤维气凝胶的高温隔热与红外特征调控

摘要

针对传统气凝胶在极端环境下隔热性能和红外调控能力的不足，开发了一种钛/硅二元氧化物陶瓷纳米纤维（CNF）超轻质气凝胶。通过引入不同比例的Ti⁴⁺掺杂，系统研究其对气凝胶微观结构、力学性能、隔热特性及红外性能的调控作用。结果表明，Ti⁴⁺掺杂引入的Ti—O—Si键改变了CNF的均匀性和致密度，所形成的三维交联网络结构使CNF气凝胶表现出优异的综合性能。在隔热性能方面，Ti⁴⁺掺杂有效降低了CNF气凝胶的导热系数，最低可达0.025 W/（m·K）,展现出卓越的热绝缘能力。此外，CNF气凝胶在高温（1 100℃）和极低温（-195℃）下，均表现出优异的力学弹性和结构稳定性，能够承受多次可逆压缩而不发生结构坍塌。在红外性能方面，Ti⁴⁺掺杂显著提升了CNF气凝胶在中红外波段（7.0～12.5μm）的红外反射率，进一步降低了其红外特性。因此，钛/硅二元氧化物CNF气凝胶在隔热与红外隐身领域具有巨大潜力，适用于航空航天与军事防护等极端应用场景。

关键词

陶瓷材料 / 气凝胶 / 红外性能 / 高温隔热 / 纳米纤维

基金资助

国家自然科学基金(52173055); 上海市优秀学术带头人(23XD1400100); 上海市自然科学基金(23ZR1401400)