Progettazione multiscala di aerogel nanofibroso ceramico ipocristallino. a, Modi di deformazione e corrispondenti ν e α di cellule fibrose ceramiche cristalline (C), amorfe (A) e ipocristalline (H) sotto eccitazioni meccaniche e termiche. La barra della scala colorata indica la variazione della ceramica da amorfa a cristallo utilizzando un'impronta digitale basata sull'entropia locale per caratterizzare la cristallinità di ciascun atomo nel sistema simulato. b, Illustrazione del design dell'architettura a zig-zag basato su ceramiche fibrose ipocristalline. Le unità delle barre colorate della scala sono i millimetri, che presentano valori di spostamento assoluti nel calcolo di ν e α. Le celle triangolari, quadrate e pentagonali sono le unità costruttive per assemblare la struttura fibrosa dell'aerogel. Credito:Natura (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04784-0
Un team di ricercatori dell'Harbin Institute of Technology, in Cina, in collaborazione con un collega negli Stati Uniti, ha sviluppato un nuovo tipo di aerogel da utilizzare in applicazioni di materiali termoisolanti flessibili. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Nature , il gruppo descrive come hanno realizzato il loro aerogel e quanto bene ha funzionato quando è stato applicato un calore estremo.
Il lavoro precedente ha dimostrato che gli aerogel realizzati con materiali ceramici funzionano molto bene come isolanti termici:le loro densità molto basse hanno una conduttività termica molto bassa. Ma tali materiali sono fragili, il che li rende non disponibili per l'uso in applicazioni di materiali flessibili, come le tute per i vigili del fuoco. Inoltre tendono a rompersi se esposti a temperature molto elevate. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno sviluppato un metodo per realizzare un aerogel a base di ceramica che può essere utilizzato in applicazioni flessibili e inoltre non si rompe se esposto a temperature molto elevate.
Per creare il loro aerogel, i ricercatori hanno adottato un nuovo approccio:hanno spinto un precursore di zirconio-silicio, usando una siringa di plastica, in una camera con flusso d'aria turbolento, un approccio di elettrofilatura che ha prodotto un materiale ceramico che assomigliava allo zucchero filato. Hanno quindi piegato il materiale risultante in uno schema a zig-zag e l'hanno riscaldato a 1100° C. Il riscaldamento in questo modo ha cambiato la consistenza del materiale da uno stato vetroso a un nanocristallo. Lo studio del materiale risultante mediante uno spettroscopio ha mostrato che il loro approccio aveva portato alla creazione di un materiale con punte nanocristalline incorporate in una matrice di zircone amorfo, un aerogel flessibile realizzato utilizzando una ceramica che non era soggetta a rompersi alle alte temperature.
I ricercatori hanno testato il materiale usandolo per isolare il tubo del carburante di un aeroplano e applicando una fiamma ossidrica a butano per cinque minuti. Hanno scoperto che l'uso di una generica barriera di poliimmide permetteva alle temperature nel tubo di raggiungere i 267°C, mentre un aerogel convenzionale manteneva la temperatura a 159°C e il nuovo gel la manteneva a soli 33°C. Hanno anche scoperto che il materiale era sufficientemente flessibile da consentire l'uso in panni flessibili, come quelli utilizzati per realizzare indumenti protettivi per i vigili del fuoco. + Esplora ulteriormente
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