Binary-Network structured PI@SiO2 nanofibrous composite aerogels with temperature invariant superelasticity for thermal insulation

假弹性 复合数 材料科学 复合材料 热的 保温 气凝胶 不变(物理) 物理 热力学 图层(电子) 数学物理 微观结构 马氏体
作者
Quan Xue,Nianguo Dong,Pingzhi Fan,Daolei Lin,Guofeng Tian,Jun Li,Jianhong Wei,S.R. Qi,Dezhen Wu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:: 152424-152424
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.152424
摘要

The extreme temperatures encountered in aerospace pose formidable challenges to the performance of elastic materials in spacecraft and related apparatus. Traditional organic insulation materials face hindrance due to inadequate fire resistance, while inorganic insulation materials are often brittle. Herein, we designed binary-network composite aerogels with dual-crosslinked PI nanofibers as the scaffold and uniformly distributed silica nanoparticles within the anisotropic aerogel matrix. Owing to the dual-crosslinked PI nanofiber network, the resulting PI@SiO2 aerogel can withstand 1000 cycles of radial fatigue testing under 50 % compressive or buckling strains, maintaining structural stability across a wide angular frequency range of 0.1–100 rad/s. DMA testing shows that PI@SiO2 aerogel can endure 100,000 fatigue cycles from 25 to 300 °C, with storage modulus and loss modulus, and damping ratio, indicating robust long-term performance over a wide temperature spectrum. Even with liquid nitrogen (−196 °C) and butane torch flames (1100 °C), PI@SiO2 aerogel preserves its superelasticity through repeated compressions. Moreover, the composite aerogel exhibits excellent thermal insulation, with low thermal conductivity (27.2 mW m−1 K−1), and reachs the top flame-retardant level (UL94-V0). This work not only establishes a novel pathway for constructing polymer-based materials with temperature-invariant superelasticity but also holds great promise for extensive applications in ongoing and near-future aerospace exploration.
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