博文
西安交通大学王红洁/苏磊/张威：透波-隔热一体化弹性陶瓷气凝胶及其可控制备技术
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原文出自 Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊
文章DOI：10.26599/JAC.2023.9220813
1、研究结果及结论
高温透波材料是在恶劣服役环境中确保飞行器电磁波信号正常传输的一种结构-功能一体化材料，主要以天线罩等结构形式服役，是飞行器的重要部件。飞行器高速飞行过程中剧烈的气动加热效应使其面临的服役环境极其恶劣，不仅要求天线罩材料具有良好的透波性能，还需要具备良好的隔热性能，在保证正常通讯的同时阻隔外部热流，确保飞行器内部构件的服役安全。
以多孔氮化硅、氧化硅和氮化硼等为代表的无机透波陶瓷具有轻质、耐高温、高强度、宽频透波等性能特点，能够在高温环境中服役，但其仍存在隔热性能不足等性能缺陷。因此研发高温透波-隔热一体化材料对于确保飞行器的服役安全极为关键。陶瓷气凝胶具有低密度、低热导率、高温稳定等性能优势，是航天飞行器的理想热防护材料。如果研发一种具有高温宽频透波性能的陶瓷气凝胶，则有望实现高温透波-隔热一体化设计。
基于这一思路，西安交通大学王红洁教授课题组研发了模板辅助前驱体热解制备Si3N4@SiO2纳米线气凝胶的新工艺，该气凝胶具有低密度（12-31 mg/cm3）、低热导率（室温下0.032 W/m.K）和超低的室温/高温介电常数和损耗（室温介电常数1.02-1.06，室温介电损耗4.3×10-5-1.4×10-3；高温介电常数1.02-1.05 ，高温介电损耗3.5×10-3-5.5×10-3），且在空气中的最高使用温度可达1200℃，展现了优异的隔热性能、透波性能和耐高温性能。研究表明，这些优异的性能可归因于Si3N4@SiO2纳米线构筑而成的高气孔率三维网络结构以及氮化硅陶瓷和氧化硅陶瓷的本征特性。值得一提的是，Si3N4@SiO2纳米线的柔性赋予了该气凝胶良好的变形能力，可实现60%压缩应变回弹，突破了传统多孔氮化硅陶瓷的脆性特点。同时，该技术可实现大尺寸Si3N4@SiO2纳米线气凝胶的制备，所制备的气凝胶具有良好的加工性能。这些特性使Si3N4@SiO2纳米线气凝胶成为一种有前景的高温透波材料。
上述研究工作以“Resilient Si3N4@SiO2 nanowire aerogels for high-temperature electromagnetic wave transparency and thermal insulation”为题发表在Journal of Advanced Ceramics，西安交通大学硕士生张威为第一作者，苏磊副教授和王红洁教授为共同通讯作者。
Si3N4@SiO2纳米线气凝胶的宏微观形貌、压缩回弹、高温压缩回弹及宽温域透波性能
2、作者及研究团队简介
通讯作者信息：王红洁，西安交通大学二级教授、博士生导师，西安交通大学材料学院副院长。曾入选教育部“新世纪优秀人才培养计划”，中国硅酸盐学会特陶分会理事、中国机械工程学会工程陶瓷分会常务理事、中国材料研究学会环境材料分会理事，《陶瓷学报》编委。主要研究方向为先进陶瓷及其复合材料、多孔陶瓷、陶瓷气凝胶等，曾获国家技术发明二等奖，国家级教学成果二等奖等，在Sci. Adv，Nat. Commun，ACS nano等期刊发表SCI论文200余篇，授权发明专利50余件
通讯作者信息：苏磊，西安交通大学特聘研究员、博士生导师，长期从事陶瓷气凝胶的设计制备及力热行为研究，在国际上率先报道了碳化硅、氮化硅等弹性硅基陶瓷气凝胶，以第一/通讯作者在Nature Communications、Science Advances等期刊发表论文20篇，合作发表论文40余篇，引用2400余次，H因子为20。主持国家自然科学基金等项目，入选西安交通大学青年拔尖人才，获美国陶瓷学会“JACerS 2nd Century Trailblazers Finalist”、陕西省优秀博士学位论文、陕西高校优秀研究成果一等奖等。兼任中国硅酸盐学会特种陶瓷分会理事，Materials Research Letters、Soft Science、陶瓷学报等期刊青年编委。
第一作者：张威，硕士就读于西安交通大学材料科学与工程学院材料与化工专业，师从王红洁教授，主要从事氮化硅陶瓷气凝胶方面研究
《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介
《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，由清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室提供学术支持，主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，年发文量近200篇，2024年6月发布的影响因子为18.6，位列Web of Science核心合集中“材料科学，陶瓷”学科31种同类期刊第1名。2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”梯队期刊项目。
期刊主页：https://www.sciopen.com/journal/2226-4108
投稿地址：https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer
期刊ResearchGate主页：https://www.researchgate.net/journal/Journal-of-Advanced-Ceramics-2227-8508
https://blog.sciencenet.cn/blog-3534092-1453727.html
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