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  陶瓷纖維作為一種纖維耐火隔熱材料，因其獨特的耐高溫、熱穩定性好、導熱率低及耐機械震動等性能特點，在機械、冶金、化工、石油、電子等行業都得到了廣泛應用。陶瓷纖維通常與金屬構成復合體或單獨應用于高溫環境下耐火、隔熱、保溫及過濾領域，但目前商品化的陶瓷纖維多為微米數量級，導致纖維整體隔熱及過濾等性能難以顯著提升。將纖維直徑降低至納米數量級，有望解決上述瓶頸問題，但陶瓷纖維納米化后出現了力學性能顯著下降，甚至粉化、脆斷等嚴重缺陷問題，極大的限制了其實際應用，因此陶瓷納米纖維機械性能的強化方法亟待開發。

  鑒于此，西安工程大學張坤等人報道了一種柔性陶瓷納米纖維膜增強技術，該技術采用原位納米復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構穩固無規取向納米纖維（圖2），實現了纖維膜整體拉伸強度的顯著提升（圖3），且纖維膜在極低（-196℃）及超高溫（1000℃）條件下均表現出極好的柔韌性能，該項技術有效解決了纖維膜在拉伸過程中纖維滑移造成拉伸強度較低的缺陷問題，可適用于增強陶瓷納米纖維膜材料。

圖1. MMT@ZrO₂-SiO₂納米纖維膜的合成過程示意圖

圖2. MMT@ZrO2-SiO₂和ZrO2-SiO₂納米纖維膜的微觀結構表征

圖3. MMT@ZrO₂-SiO₂和ZrO₂-SiO₂納米纖維膜的力學及晶體結構表征

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納米纖維膜的防護性能分析

  該項研究不但顯著提高了陶瓷納米纖維膜的力學性能，而且實現了纖維膜隔熱防寒性能的顯著提升，對比其在108.8℃（熱臺）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人員避免燒傷及燙傷（圖5）。該項研究提出了一種陶瓷納米纖維膜的增強策略，有望推動陶瓷納米纖維在極端環境領域的實際應用。

  相關工作以“An Efficient Strategy for Reinforcing Flexible Ceramic Membranes”為題發表在《Nano Letters》上。西安工程大學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目的資助。

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