陶瓷纤维作为一种纤维耐火隔热材料，因其独特的耐高温、热稳定性好、导热率低及耐机械震动等性能特点，在机械、冶金、化工、石油、电子等行业都得到了广泛应用。陶瓷纤维通常与金属构成复合体或单独应用于高温环境下耐火、隔热、保温及过滤领域，但目前商品化的陶瓷纤维多为微米数量级，导致纤维整体隔热及过滤等性能难以显著提升。将纤维直径降低至纳米数量级，有望解决上述瓶颈问题，但陶瓷纤维纳米化后出现了力学性能显著下降，甚至粉化、脆断等严重缺陷问题，极大的限制了其实际应用，因此陶瓷纳米纤维机械性能的强化方法亟待开发。

  鉴于此，西安工程大学张坤等人报道了一种柔性陶瓷纳米纤维膜增强技术，该技术采用原位纳米复合方法首次将蒙脱土纳米片状晶体引入陶瓷纳米纤维膜中（图1），利用大面积纳米片层结构稳固无规取向纳米纤维（图2），实现了纤维膜整体拉伸强度的显著提升（图3），且纤维膜在极低（-196℃）及超高温（1000℃）条件下均表现出极好的柔韧性能，该项技术有效解决了纤维膜在拉伸过程中纤维滑移造成拉伸强度较低的缺陷问题，可适用于增强陶瓷纳米纤维膜材料。

图1. MMT@ZrO₂-SiO₂纳米纤维膜的合成过程示意图

图2. MMT@ZrO2-SiO₂和ZrO2-SiO₂纳米纤维膜的微观结构表征

图3. MMT@ZrO₂-SiO₂和ZrO₂-SiO₂纳米纤维膜的力学及晶体结构表征

图4. MMT@ZrO₂-SiO₂和ZrO₂-SiO₂纳米纤维膜的隔热性能分析

图5. MMT@ZrO₂-SiO₂和ZrO₂-SiO₂纳米纤维膜的防护性能分析

  该项研究不但显著提高了陶瓷纳米纤维膜的力学性能，而且实现了纤维膜隔热防寒性能的显著提升，对比其在108.8℃（热台）及-22℃（冰面）温度下的隔热防寒效果（图4）。在1000℃高温下，该柔韧陶瓷纳米纤维膜能有效保护人员避免烧伤及烫伤（图5）。该项研究提出了一种陶瓷纳米纤维膜的增强策略，有望推动陶瓷纳米纤维在极端环境领域的实际应用。

  相关工作以“An Efficient Strategy for Reinforcing Flexible Ceramic Membranes”为题发表在《Nano Letters》上。西安工程大学张坤副教授为论文通讯作者。该论文得到了陕西省高校青年杰出人才等项目的资助。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02657