Highly Deformable High-Strength SiO2 Aerogel Designed with an Alternating Structure of Hard Cores and Flexible Chains for Thermal Insulation

气凝胶 材料科学 复合材料 极限抗拉强度 保温 抗压强度 聚合物 陶瓷 多孔性 硅酸铝 压缩(物理) 图层(电子) 生物化学 化学 催化作用
作者
Xin Long,Xiaojie Yan,Lichun Zhou,Wei Chen,Sijia Ren,Yuhong Qiu,Luxi Sui,Xiongbang Wei,Sizhe Wang,Jiaxuan Liao
出处
期刊:ACS Macro Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (5): 653-658 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsmacrolett.3c00070
摘要

Thermally insulating aerogels can now be prepared from ceramics, polymers, carbon, and metals and composites between them. However, it is still a great challenge to make aerogels with high strength and excellent deformability. We propose a design concept of hard cores and flexible chains that alternately construct the aerogel skeleton structure. The approach gives the designed SiO2 aerogel excellent compressive (fracture strain 83.32%), tensile. and shear deformabilities, corresponding to maximum strengths of 22.15, 1.18, and 1.45 MPa, respectively. Also, the SiO2 aerogel can stably perform 100 load-unload cycles at a 70% large compression strain, demonstrating an excellent resilient compressibility. In addition, the low density of 0.226 g/cm3, the high porosity of 88.7%, and the average pore size of 45.36 nm effectively inhibit heat conduction and heat convection, giving the SiO2 aerogel outstanding thermal insulation properties [0.02845 W/(m·K) at 25 °C and 0.04895 W/(m·K) at 300 °C], and the large number of hydrophobic groups itself also gives it excellent hydrophobicity and hydrophobic stability (hydrophobic angle of 158.4° and saturated mass moisture absorption rate of about 0.327%). The successful practice of this concept has provided different insights into the preparation of high-strength aerogels with high deformability.
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