Ultralight Carbon Tube Foam-Derived SiC Nanofibrous Aerogels with Arbitrary Shape, Excellent Rigidity, and Resilience for Thermal Insulation

材料科学 复合材料 保温 刚度(电磁) 管(容器) 热的 碳纳米泡沫 弹性(材料科学) 复合泡沫 碳化硅 多孔性 物理 气象学 图层(电子)
作者
Ruyi Sha,Bingzhu Wang,Jixiang Dai,Jianjun Sha
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (5): 8209-8218 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.4c19664
摘要

Ceramic aerogels are promising high-temperature thermal insulation materials due to their outstanding thermal stability and oxidation resistance. However, restricted by nanoparticle-assembled network structures, conventional ceramic aerogels commonly suffer from inherent brittleness, volume shrinkage, and structural collapse at high temperatures. Here, to overcome such obstacles, 3D ultralight and highly porous carbon tube foams (CTFs) were designed and synthesized as the carbonaceous precursors, where melamine foams were used as the sacrificial templates to form the hollow and thin-wall network structures in the CTFs (density: ∼4.8 mg cm-3). Then, the arbitrary-shaped silicon carbide (SiC) nanofibrous aerogels (SNFAs) were obtained through a simple chemical vapor deposition (CVD) process on the CTFs. The resulting SNFAs exhibited excellent comprehensive performances: ultralow density (4.2 mg cm-3) and thermal conductivity (21.3 mW m-1 K-1 at room temperature), excellent rigidity (specific modulus: 13.2 kN·m kg-1), and resilient compressibility. The SNFAs could support over 2100 times their weight without visible deformation. Furthermore, the SNFAs also showed exceptional high-temperature thermal stability, which means that they could withstand 1100 °C in an air atmosphere and 1550 °C in an inert atmosphere. These superior comprehensive performances enable SNFAs to be suitable for thermal insulation in harsh environments.
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