陶瓷气凝胶在隔热领域展现出巨大的应用潜力。具有小孔径、高孔隙率和纳米颗粒互连框架的特定几何形态赋予陶瓷气凝胶通过固体通路和气体分子进行有限的热传导。与聚合物或碳不同，陶瓷具有固有的脆性和刚性。因此，大多数现有的陶瓷多孔材料在没有聚合物或碳基体作为维持物的情况下，在外部机械载荷下通常会出现机械强度下降、结构坍塌和体积收缩，而这些材料在空气中超过600°C时可能无法存在。

鉴于此，东华大学俞建勇院士、丁彬教授、斯阳研究员提出了一种简便的策略来制备具有弹性和稳健机械性能以及优异隔热性能的纳米纤维-颗粒二元协同陶瓷气凝胶。复合陶瓷气凝胶可恢复压缩应变高达80%的超弹性、1000次循环压缩后塑性变形为1.2%的优异抗疲劳性、低导热性和良好的高温超绝缘性能。此外，由于陶瓷材料的耐高温性和结构热稳定性，气凝胶在超低和超高温度下保持弹性。

ZrO2-SiO2纳米纤维-颗粒复合气凝胶（ZNGAs）制备和结构特征

作者使用溶胶-凝胶法和静电丝法制备了柔性ZrO2-SiO2纳米纤维膜，然后通过超声波辅助冷冻成型工艺制造ZNGA，如图1所示。

ZNGAs自由站立在狗尾草的稀疏针上，提供重量轻、密度低（23 mg cm–3）的复合材料，对应的孔隙率为~99.58%，显着优于复合气凝胶的孔隙率。

图1 ZNGAs的制备及结构表征

机械性能和超弹性机理

柔性蜂窝结构和硅溶胶基质的强键合网络的协同作用可以有效地提高陶瓷气凝胶的力学性能。ZNGAs能够承受较大的压缩应变（80%）而不会断裂并迅速恢复它们的原始结构。同时，相应的应力（102 kPa）是试样重量的60000多倍（图2)。试样经受1000次压缩循环，在第1000次循环时表现出1.2%的塑性变形，表明其具有坚固耐用的回弹性。ZNGA可以承受8500倍于自身重量的负载，持续时间长达24小时而没有任何视觉坍塌。作者还在压缩恢复过程中观察了SEM，直至应变达到80%。结果表明，层状多拱形蜂窝结构结合了脆性SAG和柔性纳米纤维框架之间的强界面相互作用，共同促进了稳健的机械性能。

图2 ZNGAs 的机械性能

热稳定性、机械稳定性和隔热性能

为进一步评估ZNGAs的热阻和机械稳定性，在-100至500℃的宽温度范围内进行了多次动态机械分析测量（图3）。ZNGAs保持弹性并很好地保持了可逆变形水平，在-196和1100℃处理后塑性变形分别为10.4%和9.2%。此外，在ZNGAs中添加引入纳米孔的SGA可使具有优化组成的ZNGAs的热导率降低到0.024 W m–1 K–1。ZNGAs优异的隔热性能归因于纳米孔的低导热性和层状蜂窝结构（图4）。

图3 ZNGAs的热阻和机械稳定性

图4 ZNGAs的热传输特性