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二氧化硅氣凝膠增材制造

Additive Manufacturing of Silica Aerogels

Zhao,S.,et al.,Nature584,387-392 (2020).

圖文摘要

由于其超低導(dǎo)熱性和開孔結(jié)構(gòu)，二氧化硅氣凝膠已廣泛應(yīng)用于絕緣、催化、物理、環(huán)境修復(fù)、光學(xué)設(shè)備和超高速粒子捕獲等領(lǐng)域。到目前為止，絕緣材料是二氧化硅氣凝膠較大的市場，特別是當(dāng)空間有限時。二氧化硅氣凝膠的一個缺點是其脆性，纖維增強劑和粘合劑可以克服這個問題，使其可以廣泛應(yīng)用于建筑和工業(yè)絕緣，但其加工性能差，加上精確鑄造小物體的難度，限制了二氧化硅氣凝膠小型化的潛力。添加劑制造為微型化提供了另一種方式，但被認為對硅氣凝膠不可行。本文提出了一項直接墨水書寫協(xié)議（direct ink writing protocol），用于從稀有的二氧化硅納米顆粒懸浮液（溶膠）中生產(chǎn)微型二氧化硅氣凝膠，即二氧化硅氣凝膠粉漿。由于凝膠顆粒的體積分數(shù)高，墨水表現(xiàn)出剪切稀化。因此，在打印過程中，它們很容易通過噴嘴流動，但它們的粘度在打印后迅速增加，以確保打印物體保持其形狀。打印后，二氧化硅溶膠在氨氣氛圍中凝膠，然后加工成氣凝膠。印刷氣凝膠為純二氧化硅，保持典型二氧化硅氣凝膠的高比表面積（每克751平方米）和超低導(dǎo)熱性（15.9毫瓦每米每開爾文)。此外，本文還證明了納米顆粒與結(jié)合功能的簡單性。印刷硅膠氣凝膠物體可用于熱管理、小型氣泵和揮發(fā)性有機化合物降解，說明該方案潛力巨大。

二氧化硅氣凝膠是通過直接墨水書寫成

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