Isotropic thermal insulating cuttlebone-inspired MXene aerogel

气凝胶 各向同性 材料科学 热的 化学工程 复合材料 物理 热力学 光学 工程类
作者
Junsong Fu,Wangwei Lian,Yankang Deng,Zixuan Fang,Qunfeng Cheng
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:12 (10): nwaf342-nwaf342 被引量:9
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaf342
摘要

ABSTRACT Aerogels are considered to be ideal thermal insulation materials due to their low thermal conductivity and highly porous structure, which can effectively reduce the energy consumption in aerospace, industry, and building applications. However, the anisotropic performance of most aerogels results in high thermal conductivity in the axial direction, and structures tend to collapse under the extreme temperature shock, leading to poor mechanical stability. Herein, we demonstrate a remarkable lightweight and isotropic thermal insulation aerogel material inspired by the wall–septa microstructure of cuttlebone. The cuttlebone-inspired MXene aerogel (CMA) is fabricated through freeze casting colloidal suspensions composed of Ti3C2Tx MXene nanosheets, montmorillonite nanosheets, cellulose nanofibers, and polyvinyl alcohol. The CMA shows an ultralow thermal conductivity of 17.1 mW m−1 K−1 in the radial direction and 19.7 mW m−1 K−1 in the axial direction. Additionally, the CMA also exhibits a rapid sensing response, robust fire resistance/fire warning, and excellent electromagnetic interference (EMI) shielding of ∼61 dB in both radial and axial directions. The structural integrity and EMI shielding performance remain stable over a wide temperature range (−196°C to 1300°C). This performance indicates the potential of CMA as a promising alternative to existing thermal insulation under extreme conditions.
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