轻如空气的陶瓷可以帮助航天器保持凉爽

虽然它的密度只有水的1%，但这种超绝缘材料是由氮化硼可以保护航天器设备免受极热或极冷的影响。¹

与其他陶瓷气凝胶(含99%以上空气的固体分散体)不同，这种材料在极端条件下不会变脆。它可以被加热到1400°C长达一周，可以承受500次温度冲击，在4秒内从900°C冷却到- 198°C——所有这些都不会失去其机械稳定性。

一个团队峰段而且于黄，来自美国加州大学洛杉矶分校回族李来自中国哈尔滨工业大学的研究人员使用石墨烯的近亲——六方氮化硼设计了这种材料。两种原子都很薄，都有蜂窝状结构，但氮化硼在化学上更耐腐蚀，在高温下不氧化。

段的团队首先用石墨烯制作了一个具有双曲表面的模板——具有负曲率的马鞍形状。模板上涂有硼嗪，这是苯的硼氮版本。当加热到1500°C时，硼嗪首先聚合成聚硼腈，然后失去氢原子，形成结晶的氮化硼。最后，石墨烯模板被氧化并烧毁。

这留下了一个双层氮化硼结构，根据研究人员的说法，它抑制了空气传导和对流，使其成为超级绝缘的。它的导热性只有石墨烯气凝胶的一半。为了测试这一点，研究人员在500°C的火焰上放置了2厘米厚的气凝胶，上面放了一朵鲜花。15分钟后，他们发现“这朵花只出现了轻微的枯萎”。

“这是非常令人兴奋的，你可以用2D材料来构建一个3D建筑，所以它就像一个2.5 D的材料，”他说茱莉亚格里尔来自美国加州理工学院的他最近用纳米空心氧化铝梁制造了一种超级绝缘体。²“它开辟了一个新的领域，在那里你可以使用2D材料来创造没有周期晶格的东西。”

气凝胶的双曲线设计赋予了它不同寻常的特性:它在挤压时变薄，在加热时收缩。它也很有弹性，压缩95%后恢复其全部体积;大多数陶瓷气凝胶只能恢复高达80%的压缩。

“(这种材料的)超强压缩性、热稳定性和负热膨胀系数令人印象深刻，”他说马库斯Worsley他在美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室研究纳米结构材料。“这种材料的主要缺点可能是合成路线的可扩展性和成本，这涉及到石墨烯气凝胶模板和化学气相沉积。”

然而，由于气凝胶只在压缩条件下进行了测试，而没有在拉伸条件下进行测试，因此它对于任何应用来说都可能太脆弱了，Greer说。她解释说:“对于太空应用来说，它在重量方面很好，在导热性方面可能也很好，但它的实际绝对强度太低，太弱了。”“它会在它试图保护的东西之前被摧毁。”

“现在，我们在一个方向上有很好的力学性能，但在其他两个方向上没有，因为结构是双曲的，本质上是各向异性的，”段说。这是我们需要努力的地方。