Three-dimensional Patterning Super-Black Silica-Based Nanocomposite Aerogels

纳米复合材料 材料科学 热导率 多孔性 炭黑 光热治疗 气凝胶 纳米技术 复合材料 天然橡胶
作者
Zhiyang Zhao,Romain Civioc,Wei Liu,Peiying Hu,Mengmeng Li,Fuhao Xu,Robin Pauer,Jiabei Luo,Samuel Brunner,Paweł P. Ziemiański,Ilia I. Sadykov,Sandra Galmarini,Yong Kong,Xiaodong Shen,Wim J. Malfait,Shanyu Zhao
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:18 (1): 36-36 被引量:1
标识
DOI:10.1007/s40820-025-01870-6
摘要

Abstract Aerogels are ultra-lightweight, porous materials defined by a complex network of interconnected pores and nanostructures, which effectively suppress heat transfer, making them exceptional for thermal insulation. Furthermore, their porous architecture can trap and scatter light via multiple internal reflections, extending the optical path within the material. When combined with suitable light-absorbing materials, this feature significantly enhances light absorption (darkness). To validate this concept, mesoporous silica aerogel particles were incorporated into a resorcinol–formaldehyde (RF) sol, and the silica-to-RF ratio was optimized to achieve uniform carbon compound coatings on the silica pore walls. Notably, increasing silica loading raised the sol viscosity, enabling formulations ideal for direct ink writing processes with excellent shape fidelity for super-black topographical designs. The printed silica–RF green bodies exhibited remarkable mechanical strength and ultra-low thermal conductivity (15.8 mW m –1 K –1 ) prior to pyrolysis. Following pyrolysis, the composites maintained structural integrity and printed microcellular geometries while achieving super-black coloration (abs. 99.56% in the 280–2500 nm range) and high photothermal conversion efficiency (94.2%). Additionally, these silica–carbon aerogel microcellulars demonstrated stable electrical conductivity and low electrochemical impedance. The synergistic combination of 3D printability and super-black photothermal features makes these composites highly versatile for multifunctional applications, including on-demand thermal management, and efficient solar-driven water production.
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