Published July 24, 2020
| Version v1
Publication
Open
Highly compressible and anisotropic lamellar ceramic sponges with superior thermal insulation and acoustic absorption performances
Creators
- 1. Tsinghua University
- 2. Peking University
- 3. Beijing Institute of Technology
- 4. Nano and Advanced Materials Institute
Description
Abstract Advanced ceramic sponge materials with temperature-invariant high compressibility are urgently needed as thermal insulators, energy absorbers, catalyst carriers, and high temperature air filters. However, the application of ceramic sponge materials is severely limited due to their complex preparation process. Here, we present a facile method for large-scale fabrication of highly compressible, temperature resistant SiO 2 -Al 2 O 3 composite ceramic sponges by blow spinning and subsequent calcination. We successfully produce anisotropic lamellar ceramic sponges with numerous stacked microfiber layers and density as low as 10 mg cm −3 . The anisotropic lamellar ceramic sponges exhibit high compression fatigue resistance, strain-independent zero Poisson's ratio, robust fire resistance, temperature-invariant compression resilience from −196 to 1000 °C, and excellent thermal insulation with a thermal conductivity as low as 0.034 W m −1 K −1 . In addition, the lamellar structure also endows the ceramic sponges with excellent sound absorption properties, representing a promising alternative to existing thermal insulation and acoustic absorption materials.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة هناك حاجة ماسة إلى مواد إسفنجية خزفية متقدمة ذات قابلية انضغاط عالية غير متغيرة درجة الحرارة مثل العوازل الحرارية، وامتصاص الطاقة، وحاملات المحفزات، ومرشحات الهواء ذات درجة الحرارة العالية. ومع ذلك، فإن استخدام المواد الإسفنجية الخزفية محدود للغاية بسبب عملية التحضير المعقدة. نقدم هنا طريقة سهلة للتصنيع على نطاق واسع من الإسفنج الخزفي المركب SIO 2 - Al 2 O 3 القابل للضغط بدرجة عالية والمقاوم لدرجة الحرارة عن طريق الغزل بالنفخ والتكليس اللاحق. نحن ننتج بنجاح إسفنجات خزفية صفائحية متباينة الخواص مع العديد من طبقات الألياف الدقيقة المكدسة وكثافة منخفضة تصل إلى 10 ملغ سم −3 . تُظهر الإسفنجات الخزفية الصفائحية المتباينة الخواص مقاومة عالية للتعب من الانضغاط، ونسبة بويسون الصفرية المستقلة عن الإجهاد، ومقاومة قوية للحريق، ومرونة ضغط ثابتة لدرجة الحرارة من -196 إلى 1000 درجة مئوية، وعزل حراري ممتاز مع موصلية حرارية منخفضة تصل إلى 0.034 واط م -1 كلفن-1 . بالإضافة إلى ذلك، يمنح الهيكل الرقائقي أيضًا الإسفنج الخزفي خصائص امتصاص صوت ممتازة، مما يمثل بديلاً واعدًا للعزل الحراري الحالي ومواد الامتصاص الصوتية.Translated Description (French)
Résumé Des matériaux d'éponge céramique avancés à haute compressibilité invariable en température sont nécessaires de toute urgence en tant qu'isolants thermiques, absorbeurs d'énergie, supports de catalyseur et filtres à air à haute température. Cependant, l'application de matériaux en éponge céramique est sévèrement limitée en raison de leur processus de préparation complexe. Ici, nous présentons un procédé facile pour la fabrication à grande échelle d'éponges céramiques composites SiO 2 -Al 2 O 3 hautement compressibles et résistantes à la température par filage par soufflage et calcination ultérieure. Nous produisons avec succès des éponges céramiques lamellaires anisotropes avec de nombreuses couches de microfibres empilées et une densité aussi faible que 10 mg cm −3 . Les éponges céramiques lamellaires anisotropes présentent une résistance élevée à la fatigue par compression, un rapport de Poisson zéro indépendant de la déformation, une résistance au feu robuste, une résilience à la compression invariante de la température de −196 à 1000 °C et une excellente isolation thermique avec une conductivité thermique aussi faible que 0,034 W m −1 K −1 . En outre, la structure lamellaire confère également aux éponges céramiques d'excellentes propriétés d'absorption acoustique, représentant une alternative prometteuse aux matériaux d'isolation thermique et d'absorption acoustique existants.Translated Description (Spanish)
Resumen Se necesitan urgentemente materiales avanzados de esponja cerámica con alta compresibilidad invariable en temperatura como aislantes térmicos, absorbedores de energía, portadores de catalizador y filtros de aire de alta temperatura. Sin embargo, la aplicación de materiales de esponja cerámica está severamente limitada debido a su complejo proceso de preparación. Aquí, presentamos un método fácil para la fabricación a gran escala de esponjas cerámicas compuestas de SiO 2 -Al 2 O 3 altamente compresibles y resistentes a la temperatura mediante hilado por soplado y posterior calcinación. Producimos con éxito esponjas cerámicas laminares anisotrópicas con numerosas capas de microfibra apiladas y una densidad tan baja como 10 mg cm-3 . Las esponjas cerámicas laminares anisotrópicas exhiben una alta resistencia a la fatiga por compresión, una relación de Poisson cero independiente de la tensión, una robusta resistencia al fuego, una resistencia a la compresión invariable en temperatura de -196 a 1000 °C y un excelente aislamiento térmico con una conductividad térmica tan baja como 0.034 W m −1 K −1 . Además, la estructura laminar también dota a las esponjas cerámicas de excelentes propiedades de absorción acústica, lo que representa una alternativa prometedora a los materiales de aislamiento térmico y absorción acústica existentes.Files
s41467-020-17533-6.pdf.pdf
Files
(5.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7f7734ce0c8931bffae1015a4c709d43
|
5.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إسفنجات خزفية صفائحية عالية الانضغاط ومتباينة الخواص مع عزل حراري فائق وأداء امتصاص صوتي
- Translated title (French)
- Éponges céramiques lamellaires hautement compressibles et anisotropes avec une isolation thermique et des performances d'absorption acoustique supérieures
- Translated title (Spanish)
- Esponjas cerámicas laminares altamente compresibles y anisotrópicas con un aislamiento térmico superior y rendimientos de absorción acústica
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3044236974
- DOI
- 10.1038/s41467-020-17533-6
References
- https://openalex.org/W1974123151
- https://openalex.org/W1975515742
- https://openalex.org/W1989639138
- https://openalex.org/W1999822975
- https://openalex.org/W2023123715
- https://openalex.org/W2028222956
- https://openalex.org/W2040412674
- https://openalex.org/W2051738117
- https://openalex.org/W2055248475
- https://openalex.org/W2057697875
- https://openalex.org/W2068347028
- https://openalex.org/W2071590108
- https://openalex.org/W2077098498
- https://openalex.org/W2078067425
- https://openalex.org/W2081353959
- https://openalex.org/W2085227243
- https://openalex.org/W2098642490
- https://openalex.org/W2180946535
- https://openalex.org/W2274646780
- https://openalex.org/W2290894363
- https://openalex.org/W2302016477
- https://openalex.org/W2316208061
- https://openalex.org/W2332856915
- https://openalex.org/W2429442419
- https://openalex.org/W2509841006
- https://openalex.org/W2513048537
- https://openalex.org/W2538029303
- https://openalex.org/W2557305825
- https://openalex.org/W2589234187
- https://openalex.org/W2619242304
- https://openalex.org/W2620623671
- https://openalex.org/W2735529708
- https://openalex.org/W2748808924
- https://openalex.org/W2749879173
- https://openalex.org/W2754562918
- https://openalex.org/W2766695667
- https://openalex.org/W2766927355
- https://openalex.org/W2778169117
- https://openalex.org/W2790320061
- https://openalex.org/W2790867348
- https://openalex.org/W2792784325
- https://openalex.org/W2793779319
- https://openalex.org/W2794244778
- https://openalex.org/W2797252757
- https://openalex.org/W2799386148
- https://openalex.org/W2801725303
- https://openalex.org/W2803217664
- https://openalex.org/W2806209266
- https://openalex.org/W2808706217
- https://openalex.org/W2883453312
- https://openalex.org/W2887027090
- https://openalex.org/W2890610609
- https://openalex.org/W2893671971
- https://openalex.org/W2897582332
- https://openalex.org/W2900079418
- https://openalex.org/W2907298049
- https://openalex.org/W2912198485
- https://openalex.org/W2921739606
- https://openalex.org/W2936665555
- https://openalex.org/W2938633554
- https://openalex.org/W2940165873
- https://openalex.org/W2942149178
- https://openalex.org/W2946227169
- https://openalex.org/W2969329609
- https://openalex.org/W2972093802
- https://openalex.org/W3150122855