哈工大李惠教授团队最新研究成果在《Science》上发表

近日，土木工程学院李惠教授课题组徐翔副教授以第一作者身份在国际著名期刊《科学》（Science，2018年影响因子为41.058）发表了题为《双负陶瓷气凝胶超隔热材料》（Double-negative-index ceramicaerogels for thermal superinsulation）的科研论文，李惠教授和加州大学洛杉矶分校段镶锋教授、黄昱教授三人为共同通讯作者，我校为共同通讯单位。陶瓷气凝胶以其低密度、低热导率和优异的耐火、耐腐蚀特性被认为理想的隔热材料。然而，陶瓷脆性本质以及高温析晶等行为使得陶瓷气凝胶在热震或者长期的高温暴露中表现出严重的强度退化甚至结构坍缩等问题。因此同时具备优异的力学性能和热学稳定性就成为陶瓷气凝胶在隔热领域进一步发展应用的前提条件。本文报道了一种具有双曲、双壁微观结构的多晶氮化硼（hBNAGs）和碳化硅（βSiCAGs）陶瓷气凝胶材料，同时具有负泊松比和负热膨胀特性，具备超轻、超弹、高热稳定性和优异隔热等四大特点。研究团队基于前期三维石墨烯气凝胶研究基础并利用多尺度结构化设计，采用模板无催化化学气相沉积方法制备合成了hBN和βSiC陶瓷气凝胶材料。这类陶瓷材料由纳米层状双壁孔结构组成，整体呈现出双曲结构形态。这些特殊“超结构”设计赋予材料负泊松比（-0.25）以及负线性热膨胀（-1.8×10-6/K）特性，使得材料在维持热稳定性的同时依然能表现出优异的可变形性。在剧烈的热震测试（约275℃/s）以及长期高温无氧暴露过程中，这类材料表现出优异的热稳定性以及几乎为零的强度损失。同时，材料双壁亚结构有效降低了骨架导热率并减少了空气热传导和热对流，从而能够实现低于空气的超低的热导率（真空中约为2.4 mW/m·K，空气中约为20 mW/m·K）。该研究成果同期被剑桥大学Manish Chhowalla教授和宾夕法尼亚大学Deep Jariwala教授在《科学》上以展望撰文《基于二维陶瓷的双曲三维结构》（Hyperbolic 3D architectures with 2D ceramics）给予高度评述。（来源：哈尔滨工业大学官网）科研管理新闻科研管理系统