Гипокристаллические керамические аэрогели для теплоизоляции в экстремальных условиях

Теплоизоляция в экстремальных условиях требует материалов, способных выдерживать сложные термомеханические нагрузки и сохранять превосходные теплоизоляционные свойства при температурах свыше 1 000 °C. Керамические аэрогели являются перспективными теплоизоляционными материалами; однако при очень высоких температурах их теплопроводность часто существенно возрастает, а ограниченная термомеханическая стабильность может приводить к катастрофическому разрушению. В настоящей работе предложен многоуровневый дизайн гипокристаллических нанофибриллярных аэрогелей из циркона с зигзагообразной архитектурой, обеспечивающей исключительную термомеханическую стабильность и сверхнизкую теплопроводность при высоких температурах. Аэрогели характеризуются близким к нулю коэффициентом Пуассона (3,3 × 10⁻⁴) и близким к нулю коэффициентом теплового расширения (1,2 × 10⁻⁷ °C⁻¹), что обеспечивает высокую структурную гибкость и превосходные термомеханические свойства. Они демонстрируют высокую термическую стабильность: после резких термических ударов снижение прочности составляет менее 1%, а рабочая температура достигает 1 300 °C. За счёт целенаправленного удерживания остаточных углеродных компонентов в составляющих гипокристаллических волокнах циркона удалось существенно снизить радиационный теплообмен и достичь одного из наиболее низких значений высокотемпературной теплопроводности среди керамических аэрогелей на сегодняшний день — 104 мВт м⁻¹ К⁻¹ при 1 000 °C. Сочетание термомеханических и теплоизоляционных свойств делает эту материальную систему перспективной для надёжной теплоизоляции в экстремальных условиях.