三维(3D)弹性气凝胶虽然具有广泛的应用,但其低热导率和电导性能常常成为限制因素。
宋强、付前刚和宋浩杰在《ACS Nano》上发表的研究突破了这一局限,他们开发了一种创新的复合结构——利用六方氮化硼纳米带(BNNRs)和原位生长的正交结构石墨烯(OSG)制作的碳/陶瓷复合气凝胶。
这种新型材料通过BNNRs构建出三维弹性导热骨架,OSG的水平石墨烯层提供了额外的电子和声子传输通道,而垂直石墨烯片则显著提升骨架的表面粗糙度和电荷极化能力。
这种OSG/BNNR混合气凝胶表现出卓越性能:高导热性(7.84 W m⁻¹ K⁻¹)和高导电性(340 S m⁻¹),密度仅为45.8 mg cm⁻³,相较于其他碳气凝胶或陶瓷气凝胶,具有明显优势。
它展现出宽温度范围内的超弹性(-196~600℃)、低电压驱动下的焦耳加热(1~4 V可致42~134℃)、优异的疏水性(接触角156.1°)和强大的电磁干扰屏蔽能力(2mm厚度下70.9 dB)。
在极端条件下,如反复机械变形和酸碱浸泡,其性能依然稳定。
这一系列特性使得OSG/BNNR混合气凝胶在可穿戴电子设备中具有巨大潜力,如体温调节、防水防污染、除冰以及电磁干扰防护,对于人类健康保护具有积极意义。
论文详细介绍了混合气凝胶的制备过程、表征结果以及在不同环境条件下的性能测试,包括弹性、导热、导电、疏水性和电磁屏蔽能力的展示。
这是一项具有创新性和实用价值的研究,为气凝胶材料的发展开启了新的可能。
研究由西北工业大学和陕西科技大学的宋强、付前刚和宋浩杰共同完成,旨在推动科研领域的学术交流,非商业性质,欢迎读者关注和讨论。
内凝胶——焊接设备的终结者?
内凝胶——完全可以替代钎焊和熔焊
钎焊和熔焊是两种常用的将金属零件结合在一起的方法。
这两种焊接技术都会产生高温,有潜在的危险性。
焊接者有可能损坏精细的电气元件,导致起火,或者没有焊接好,导致多个元件损坏。
波士顿东北大学的研究人员已经研制出了一种“内旋胶”,用来替代钎焊和熔焊。
内旋胶为导电材料,在室温条件下就能将两个金属工件粘合起来。
内旋胶由两种经过特殊处理的纳米棒组成,两种纳米棒均有金属芯,一种纳米棒的涂层为镓,另一种的涂层为铟。
这两种纳米棒材料分别涂在要粘合的两个表面,当这两个表面接触后,两种纳米棒就像毛刷的鬃毛那样竖起来;此时,操只要将两个工件压紧即可。
操必须使一点劲来压迫工件,从而保证粘合过程达到要求;单个操就能完成此操作,无需特别设备。
两种纳米棒相互联结,有点像金属尼龙搭扣。
与尼龙搭扣不同,内旋胶一旦粘合,就不能将粘合在一起的物品分开。
纳米棒的镓涂层和铟涂层相互接触时,会形成一种液态膜,此种液态膜会填满纳米棒之间的空隙,液态膜还会与无涂层的纳米棒的金属芯发生反应,让液态膜凝固,将两个物品被固态金属连接面粘合在一起。
液态膜与纳米棒金属芯的反应也不需要任何外部加热。
东北大学研究团队的测试表明这种粘合物的强度与常规焊接的强度基本相当。
凝固后的内凝胶能导热和导电,能取代熔焊和钎焊。
内凝胶可能对电子行业产生最重大影响,精细的电子元件有可能在钎焊时遭受损害,并且电子线路板变得越来越紧凑。
太阳能板技术也会从无需加热的内凝胶获益。
东北大学研究团队还认为内凝胶具有很好的散热性能,具备作为处理器散热膏的潜力。
当然,那时的电脑中央处理器将与散热片永久结合。
内凝胶的当前形式只是在实验室环境里使用;现在,一家公司打算制造出能在家里使用的液态内凝胶。
这种液态内凝胶能即时将金属焊接起来,其他特性与普通胶水无异。
这种胶水的容器应当有警告标示。
气凝胶保暖裤真的保暖吗?
气凝胶的保暖很大程度上是靠隔绝空气流动来得以实现的,气凝胶的确是一种黑科技,它具有非常强的隔热性,导热导电率低,能抵抗上千度高温,最早运用于NASA美国宇航局的宇航服,广泛用于航天保温层。
是否真如宣传的效果,我们分析一下首先,从“轻”这一点来说。
实际上,“气凝胶”的轻,是和传统固体保温材料相比,而不是和织物相比。
常见的化纤棉服,比如P棉,C棉,常见填充是60克,80克,也就是每平方米60克,80克。
好的气凝胶大概0.005克/立方厘米,差的能到0.5克/立方厘米。
按0.005克/立方厘米算,填充厚度为1厘米,每平方米就是50克,但一般不会用最好的气凝胶做衣服。
如果是0.1 克/立方厘米的气凝胶,那一平方米填充重量就是1公斤了。
而且比纤棉更轻更保暖的,还有羽绒服。
所以从“轻”这一点看,气凝胶并不是最佳的纺织材料。
其次是隔温问题,由于气凝胶特殊的网络气孔结构,隔温效果非常好,气凝胶底下用烈火猛烧,而气凝胶上的鲜花却完全没有烧坏,反而隐隐有绽放之态。
但用在服装上,却未必实用。
服装很重要的一点,是透气,在保暖的基础上透气、排湿,才能让人感到舒服。
如果透气性不好,人体产生热量,导致闷热排汗,又不能顺利排出,身体就会有湿漉漉、黏腻的感觉。
而气凝胶,本身就是凝胶类产品如果人体产生汗,汗气无法排出去,就会凝结成水,弄湿贴身衣服,身上就会感觉到湿冷,感觉像就像是裹了厚厚的保鲜膜。
由此也可看出,气凝胶的保暖很大程度上是靠隔绝空气流动来得以实现的。