氧化物纳米纤维海绵体

本成果通过将包含高分子聚合物、金属铝盐和有机硅源的前驱体溶液在复合场作用下进行纺丝，能够在纺丝过程中形成尺寸均匀的氧化物纳米纤维，并且氧化物纳米纤维在静电场和气流场的共同作用下通过物理连接和化学键合，能够均匀构建成稳定的三维空间结构，最后经加热和煅烧处理后，烧结过程中有机质被去除，并将纳米纤维海绵前体中的纳米纤维转化为相应的氧化物纳米纤维陶瓷，可得到性能优异的氧化物纳米纤维海绵体。同时本成果制备方法简单，无需复杂的后处理工艺，仅仅通过对纺丝前驱体溶液中各原料组分的选择和配比以及纺丝过程中静电场和气流场以及供液速度、接受距离等各个条件的综合控制，即可制备得到稳定的三维空间结构纳米纤维海绵前体，并具有优异的隔热性能、回弹性能及较好的高温热稳定性，耐温温度高达1600℃。

本成果采用阶段式高温煅烧处理，并通过对每个阶段的高温煅烧温度和升温速率等进行控制，如此不仅有利于纳米纤维海绵前体中的有机质分解的更加完全，而且有利于形成纤维表面光滑且纤维尺寸可控以及性能优异的氧化物纳米纤维海绵体。

图1.纤维海绵的宏观及横截面形貌

图2.陶瓷纤维海绵的微观结构

传统的氧化物陶瓷由于固有的刚性和脆性严重限制了它们在动态、冲击等条件下的应用；而氧化物纳米纤维凭借良好的柔性、较低热导率和稳定的化学性能等优势在极端环境有着广泛的应用前景，尤其是纳米纤维组成的三维结构，实现氧化纳米纤维组件在高温下的柔韧性，并将其应用于柔性器件和隔热防护是一个具有挑战性的难题。

现有技术中，针对氧化物纳米纤维三维组件的构建，国内外主要是通过首先制造柔性无定形的一维纤维再进行后处理，例如采用纤维堆叠添加交联剂后冷冻干燥方法来制备具有隔热性和弹性的氧化物纳米纤维组件。这种方法的制备过程较为复杂，并且受制备方法的限制氧化物纳米纤维的力热性能和回弹性能较差。

本成果的制备方法能够用于纳米纤维三维组件的大规模、大尺度制备成型，具有制备成本低、工艺简单、流程短的优点，有良好的工业化应用前景。

图3.纤维海绵（a）在1000℃时的隔热效果；

（b）高温热导率和（c）50%应变的压缩回复性能