重大进展，哈尔滨工业大学首次以通讯单位在Science上发表研究论文

气凝胶作为保温材料的轻质替代品具有广泛的前景。 然而，气凝胶的机械稳定性较差，且阻碍了进一步向商业化的进展。2019年2月15日，哈尔滨工业大学李惠、北京理工大学客座教授黄昱等在Science上联合发表了题为“Double-negative-indexceramic  aerogels for thermalsuperinsulation”的文章。该研究使用了三维石墨烯结构模板化陶瓷气凝胶，从而生产出机械稳定性极强的超绝缘材料。这也是哈尔滨工业大学首次以通讯单位在上Science上发表研究文章。在极端条件下，例如快速的温度变化和航空航天和火力发电领域的长期高温暴露，绝热需要极强的稳定性和可靠性，以保护人身和财产。由于陶瓷气凝胶密度低，导热系数低，耐火和耐腐蚀性等优点，使它成为了绝佳的隔热材料。然而，由于它的脆性和结晶诱导的粉碎行为，陶瓷气凝胶经常在较大的热梯度或时间延长的高温暴露下遭受严重的强度降低和结构坍塌。着可能导致灾难性破坏的降解实例包括二氧化硅气凝胶中的结构裂缝，SiC气凝胶的强度降低和氧化铝气凝胶的体积收缩。因此，坚固的机械和热稳定性是使用陶瓷气凝胶在极端条件下可靠隔热的关键障碍。先前提高材料热稳定性的研究主要集中在通过制造柔性无定形一维（1D）纤维结构来克服脆性。纤维增强的SiO2气凝胶，SiO2纳米纤维气凝胶，SiC纳米线气凝胶，氧化铝纳米晶，氧化物陶瓷（TiO2，ZrO2和BaTiO3）纳米纤维海绵，以及BN纤维气凝胶已经研究出具有大的，可恢复的可变形性（高达80％压缩应变）衍生自弹性纤维结构。然而，由于这些陶瓷材料的大的热膨胀和粉碎行为以及1D纤维之间的弱点连接图案，这种纤维状陶瓷气凝胶在快速热冲击或高温下仍然遭受结构退化。此外，1D纤维结构单元导致互连的宏观尺度的孔隙，这种结构不能有效地减轻空气中的固体传导或对流。因此，纤维状陶瓷气凝胶的热导率通常高于静止空气的热导率[24毫瓦每米 - 开尔文（mW /m·K）]。陶瓷气凝胶超材料的结构设计与制备在这里，该研究设计并合成的具有纳米双层玻璃壁的双曲线结构陶瓷气凝胶，其具有负泊松比（-0.25）和负线性热膨胀系数（-1.8×10-6 /°C）。 我们的气凝胶具有强大的机械和热稳定性，超低密度可达~0.1毫克/立方厘米，超弹性高达95％，在剧烈热冲击（275°C /秒）或1400°C强热应力后几乎没有强度损失。该材料在真空中的超低导热系数[~2.4毫瓦/米 - 开尔文（mW / m·K）]和空气中的导热系数（~20mW / m·K）。 这种坚固的材料系统非常适用于当作极端条件下的热超绝缘体使用，例如制造航天器所需的部分材料。原文链接：http://science.sciencemag.org/content/363/6428/723通讯介绍李惠，博士、教授、博士生导师，长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。2006年获第三届“中国青年女科学家奖”提名奖，2015获“国际结构健康监测年度风云人物”称号。2018年5月，入选第三批国家“万人计划”科技创新领军人才。主要研究方向为结构健康监测、结构振动控制、智能与高强混凝土及结构。主持研究或完成1项国家杰出青年科学基金、1项国家自然科学基金重点项目（子题）、2项面上项目，2项国家863计划探索项目，1项教育部跨世纪优秀人才计划和1项省杰出青年基金、1项交通部西部建设科技计划等多项省部级项目。获省部级科技进步一等奖1项、二等奖2项(排名1、2)、三等奖2项、国家专利7项；出版专著2部，在国内外期刊发表论文150篇，其中10篇SCI，30篇EI，25篇ISTP，3篇国际会议大会报告；应邀在美国加州理工学院、南加州大学、加州Irvine分校和休斯顿大学等国际知名大学讲学；在多个国际会议上担任重要职务。在结构振动控制领域，对结构主动与半主动控制系统、试验、算法、设计方法和工程应用进行了系统研究。1997年率先将被动耗能减振技术应用于建筑结构抗震加固中；2000年以来，系统发展了地震损伤自监测与自控制形状记忆合金智能土木工程结构；2003年与欧进萍院士合作，在国内外首次建立了结构振动控制系统统一设计方法；2004年牵头和合作完成了世界上第二个磁流变液智能阻尼减振系统的工程应用，是国际土木工程领域发现并揭示负刚度控制现象的三人之一。在结构健康监测领域，发展了基于SMA和碳纤维的损伤自感知与自修复两种智能土木工程结构；研究了桥梁结构健康监测系统设计方法与实现技术；牵头和合作完成了世界上第一座大量使用光纤传感器的大跨桥梁结构健康监测系统的设计与实施；建立了大跨斜拉桥健康监测系统的第一代和第二代Benchmark模型；本项目的有关成果已经在国家游泳中心（2008奥运会）、山东滨州黄河公路大桥、山东东营黄河公路大桥、哈尔滨松花江斜拉桥等大型结构上得到应用。在智能与高性能混凝土及结构方向，在国内外首先提出并系统研究了纳米机敏混凝土及其多功能特性（压敏特性及其机理、力学性能及其机理，耐久性及其机理）；发展了机敏混凝土传感器，并将其应用于大型桥梁结构健康监测中。建立了约束高强混凝土统一本构关系；提出了以钢管混凝土叠合柱为核心的新型高强混凝土组合结构，系统研究了该类新型组合结构的抗震性能，建立了相应的抗震设计方法，上述成果已经在20余栋高层建筑上得到应用，并编制了高强混凝土叠合柱设计规程，出版了《高强混凝土及其组合结构》。(来源：iNature 微信公众号）科研管理新闻科研管理系统