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  陶瓷纖維作為一種纖維耐火隔熱材料，因其獨(dú)特的耐高溫、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱率低及耐機(jī)械震動(dòng)等性能特點(diǎn)，在機(jī)械、冶金、化工、石油、電子等行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。陶瓷纖維通常與金屬構(gòu)成復(fù)合體或單獨(dú)應(yīng)用于高溫環(huán)境下耐火、隔熱、保溫及過(guò)濾領(lǐng)域，但目前商品化的陶瓷纖維多為微米數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致纖維整體隔熱及過(guò)濾等性能難以顯著提升。將纖維直徑降低至納米數(shù)量級(jí)，有望解決上述瓶頸問(wèn)題，但陶瓷纖維納米化后出現(xiàn)了力學(xué)性能顯著下降，甚至粉化、脆斷等嚴(yán)重缺陷問(wèn)題，極大的限制了其實(shí)際應(yīng)用，因此陶瓷納米纖維機(jī)械性能的強(qiáng)化方法亟待開(kāi)發(fā)。

  鑒于此，西安工程大學(xué)張坤等人報(bào)道了一種柔性陶瓷納米纖維膜增強(qiáng)技術(shù)，該技術(shù)采用原位納米復(fù)合方法首次將蒙脫土納米片狀晶體引入陶瓷納米纖維膜中（圖1），利用大面積納米片層結(jié)構(gòu)穩(wěn)固無(wú)規(guī)取向納米纖維（圖2），實(shí)現(xiàn)了纖維膜整體拉伸強(qiáng)度的顯著提升（圖3），且纖維膜在極低（-196℃）及超高溫（1000℃）條件下均表現(xiàn)出極好的柔韌性能，該項(xiàng)技術(shù)有效解決了纖維膜在拉伸過(guò)程中纖維滑移造成拉伸強(qiáng)度較低的缺陷問(wèn)題，可適用于增強(qiáng)陶瓷納米纖維膜材料。

圖1. MMT@ZrO₂-SiO₂納米纖維膜的合成過(guò)程示意圖

圖2. MMT@ZrO2-SiO₂和ZrO2-SiO₂納米纖維膜的微觀結(jié)構(gòu)表征

圖3. MMT@ZrO₂-SiO₂和ZrO₂-SiO₂納米纖維膜的力學(xué)及晶體結(jié)構(gòu)表征

圖4. MMT@ZrO₂-SiO₂和ZrO₂-SiO₂納米纖維膜的隔熱性能分析

圖5. MMT@ZrO₂-SiO₂和ZrO₂-SiO₂納米纖維膜的防護(hù)性能分析

  該項(xiàng)研究不但顯著提高了陶瓷納米纖維膜的力學(xué)性能，而且實(shí)現(xiàn)了纖維膜隔熱防寒性能的顯著提升，對(duì)比其在108.8℃（熱臺(tái)）及-22℃（冰面）溫度下的隔熱防寒效果（圖4）。在1000℃高溫下，該柔韌陶瓷納米纖維膜能有效保護(hù)人員避免燒傷及燙傷（圖5）。該項(xiàng)研究提出了一種陶瓷納米纖維膜的增強(qiáng)策略，有望推動(dòng)陶瓷納米纖維在極端環(huán)境領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

  相關(guān)工作以“An Efficient Strategy for Reinforcing Flexible Ceramic Membranes”為題發(fā)表在《Nano Letters》上。西安工程大學(xué)張坤副教授為論文通訊作者。該論文得到了陜西省高校青年杰出人才等項(xiàng)目的資助。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02657