最新Nature:硅气凝胶的增材制造策略

【引言】

凭借超低的热导率和开放的孔结构，硅气凝胶（silica aerogel）在隔热、催化、环境修复、光学器件以及超速粒子捕捉等方面具有广泛的应用前景。这其中，隔热保温是硅气凝胶最具市场前景的应用之一，然而硅气凝胶的脆性一直限制着其在隔热领域的进一步发展。虽然可以利用纤维增强和粘合剂来实现在工业和建筑领域的大体积隔热保温，但其较差的机械可加工性和精准浇铸能力无法支持硅气凝胶的微型化。

【成果简介】

瑞士联邦材料科学与技术实验室的Shanyu Zhao和Wim J. Malfait（共同通讯作者）等人提出了一种直接墨水书写的增材制造策略，可用于制备微型化硅气凝胶。为了制备这一墨水，研究人员将硅气凝胶粉末添加到硅二氧化硅纳米颗粒溶胶中形成悬浮液。由于气凝胶颗粒的高体积分数，这一墨水表现出剪切稀化（shear-thinning）行为，导致其在打印过程中经过喷嘴时是流动的，而打印后其黏度快速增加，保证打印物体能保留维持自身的形态。打印之后，硅溶胶在氨气环境中进一步胶凝并加工形成气凝胶。如此制造的气凝胶不仅保留了超低的热导率，还具有高比表面积（751平方米/克）。研究利用这一微型化气凝胶实现了温度管理、挥发性有机物降解等功能，阐释了这一材料的应用前景。2020年08月19日，相关成果以题为“Additive manufacturing of silica aerogels”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1硅气凝胶的增材制造过程和表征

图2 三维打印材料的微结构及其性能

图3温度管理

图4 具有挥发性有机物降解能力的光驱动热蒸发气泵

文献链接：Additive manufacturing of silica aerogels（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2594-0）