标题:石墨烯 | 浙江大学高团队新Science 微穹顶结构气凝胶-2273K可反复压缩99%
气凝胶,一种轻质多孔材料,被誉为“固态烟雾”或“冻结的蓝烟”。自1931年美国Kistler开创溶胶-凝胶制备法以来,气凝胶的高孔隙率、低密度及高隔热特,使其成为深空探测器、音速飞行器、核聚变装置等热防护理想候选材料。2021年,气凝胶被《科学》杂志评为“改变世界的十大新材料之”。常见工业产品为二氧化硅气凝胶粉体,通过与玻璃纤维、聚物等复,可加工为棉毡、板材等形态,主要应用于建筑及管道保温、新能源电池隔热防火等域。然而,气凝胶的发展与应用仍面临诸多难题:一是简便且通用的制备方法,传统方法(如冷冻干燥、临界二氧化碳法)能耗高、率低、尺度受限,且所制备的物质组分有限,复杂高熵体系难以企及;二是微胞元结构的理构建,解决陶瓷气凝胶弹差(循环压缩应变一般低于70%)的难题;三是端温域下的能突破,轻材料在高温(>1600℃)环境下的高弹压缩仍属“无人区”。
为此,浙江大学高分子系高教授团队经过长期探索与实践,提出一种简便普适的氧化石墨烯基二维通道受限发泡法,创新型微穹顶胞元结构,成出数百种高弹气凝胶,与西安交通大学刘益伦教授团队作进行了穹顶结构力学计算模拟。相关研究成果以“Dome-celled aerogels with ultra-high-temperature superelasticity over 2273 K”为题,发表于Science(10.1126/science.adw5777)。浙江大学职研究员庞凯、博士生夏雨星、博士后刘晓婷(已出站)及西安交通大学博士生童文浩为论文的共同一作者,高、许震及刘英军为论文共同通讯作者,浙江大学是唯一通讯单位。
二维通道受限发泡法:简便通用制备新范式
本文报道了一种普适的二维通道受限发泡制备方法。因氧化石墨烯丰富的含氧功能基团、单层原子级厚度及规模化生产能力,优选其作为二维通道前驱体实现金属盐离子的高捕捉,其中氧化石墨烯基团螯作用及二维片层阻隔应可有防止层间金属离子反应过程中的脱出;经常温常压发泡,形成微穹顶孔结构,其间球形气泡的层间成核与生长是气凝胶内部形成微穹顶胞元结构的关键;经加热或转化,实现了金属、氧化物、碳化物等及其与石墨烯的二维杂化气凝胶的普适成。整个制备过程,不再需要冷冻干燥等传统成孔办法,简便、高,可连续制备多形态气凝胶。
穹顶结构常见于生物体和建筑工程中,以其卓越的承载能力和机械稳定著称,本文次将微穹顶结构引入气凝胶中。有限元分析表明,穹顶结构不可展曲面特会形成丰富的可恢复褶皱以存储弹应变能,其弹应变能存储能力至少是传统蜂窝结构和拱形结构的10倍,是实现高弹气凝胶的理想微观基元结构。这一结构代表了多孔材料域全新的曲率设计理念,为新材料创制和新物理现象探索提供了新范式。
文安县建仓机械厂新型气凝胶化学多样数据库
本文成功成了一系列轻的微穹顶胞元结构气凝胶庆阳隔热条设备,涵盖121种氧化物、38种碳化物及35种金属体系,基于二维层间受限反应及混熵原则,实现了高熵材料组分的可控设计,其组分可调至含有多达30种元素的高熵态,大大扩展了气凝胶种类。研究深入揭示了该类轻气凝胶是由二维层状晶体以微穹顶几何胞元结构所构筑的一类新型材料,表现出高的弹压缩率(99%),在传感、催化和热管理等方面展现出优异的功能特。
端温域高弹突破
本文发明了一类新型烯陶气凝胶材料,即石墨烯与陶瓷原子级别的二维杂化,揭示了烯陶气凝胶在宽温域范围具有突出的力学弹,不仅常温下99%弹应变20,000次循环,而且在4.2K深冷至2273K高温环境中仍保持99%弹应变的优异能。突破陶瓷重结晶及碳材料石墨化失温度限,石墨烯显著抑制了二维陶瓷的高温重结晶过程,同时二维陶瓷有防止了石墨烯片层的高温滑移,回答了轻材料的高温弹问题。
跨温域高隔热气凝胶
本文发现二维微穹顶结构的高熵气凝胶在隔热能上展现出显著优势,主要归因于二维各向异热传输及高熵组分晶体应,隔热条设备所制备的高熵氧化物气凝胶室温下导热率仅有13.4 mW/m·K(空气为26 mW/m·K),高熵碳化物烯陶气凝胶在1273 K时为53.4 mW/m·K,在2273 K时为171.1 mW/m·K,且在2273K的反复热冲击100次维持结构稳定,为端温度环境下的热防护提供了新的材料选择。
高团队长期致力于石墨烯气凝胶材料的研究,不断改进制备方法,探索多功能应用。如,早在2013年,在《先进材料》报道了轻固体材料——石墨烯碳气凝胶;2020年在《科学进展》报道了一种溶剂塑化发泡方法连续化批量制备石墨烯气凝胶。团队十多年来一直思考如何实现高弹气凝胶材料体系的快速规模化制备,历经五年完成本文研究工作。
该研究为气凝胶发展构建了广阔的材料平台,涵盖从单一组分到高熵组分,从导电金属到缘陶瓷,从透明、黑白到彩等多种体系。团队相信,二维受限发泡法将开启众多未知的多孔材料世界,其更多优异能及应用场景有待进一步探索。
该系统由中国盲文出版社与科技公司共同研发,捕捉盲童阅读中的操作壁垒、理解瓶颈、情感缺失三大核心痛点,解决盲童阅读“看不见”“读不懂”“无互动”的问题。
互联网业务收入平稳增长。1-10月份,我国规模以上互联网和相关服务企业(以下简称互联网企业)完成互联网业务收入16189亿元,同比增长1.1%,增速较前三季度下降1.7个百分点。
今年以来,市场监管总局聚焦社会各方反映强烈的直播虚假营销、假冒伪劣等问题,组织开展直播电商突出问题项整治,依法严厉查处各类违法违规行为。市场监管总局网监司司长吴东美表示,为适应直播电商行业发展的新特点新趋势,科学界定直播电商活动各方责任,保护消费者和经营者法权益,市场监管总局会同国家网信办制定《直播电商监督管理办法》,目前已完成各项审核程序,将于近期正式出台,构建经营主体规、部门监管执法、行业协同共治的全方位制度体系,为直播电商创新和健康发展保驾护航。
当前,人工智能正从“对话工具”向“行动伙伴”演进,以智能体为代表的应用形态,有望成为未来社会的新型生产力单元。无问芯穹方面提出,基础设施须始终面向智能发展前沿,它既是服务智能体开发与迭代的产线,也是智能体落地实践的佳试验场,更是支撑智能体规模化产业应用与持续进化的基石。
发生起火的酒店客房。
该工作得到了国家自然科学基金委、国家研发计划、浙江省雁计划、中央高校基金等项目的支持。
文章部分作者影
纳高团队影
浙江大学纳米高分子课题组(简称纳高,缩写NP),由高教授衔,有教授1名,特聘研究员2名,教授1名,职研究员2名,科研助理2名,高级研发工程师3名,博士后9名,工程师6名,博士生20名,硕士生20名,共计60余名成员。团队聚焦氧化石墨烯,研究其化学与物理、组装与材料、器件与应用。
信息来源:纳米高分子高课题组庆阳隔热条设备
