《低導熱、高強度多孔陶瓷材料的結構調控、製備及性能》是依託清華大學，由汪長安擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低導熱、高強度多孔陶瓷材料的結構調控、製備及性能
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：汪長安
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高超聲速飛行器中的一些起到連線作用（如連線表面防熱結構和內部裝置）的部件，往往形成熱量傳導的熱橋，出現明顯的熱橋效應。為了有效地阻隔熱量通過這些熱橋部件向飛行器內部傳遞，必須使用耐高溫、低熱導率和高強度的熱橋阻斷材料。.本項目以低導熱、高強度多孔陶瓷材料為研究對象，擬通過耐高溫、低導熱、高強度陶瓷材料體系的選擇和最佳化、氣孔結構的調控和纖維增強多孔結構的設計，通過相應的製備工藝的最佳化，製備出低導熱、高強度多孔陶瓷材料，並揭示材料體系-製備工藝-氣孔結構-綜合性能之間的相互關係，獲得熱/力匹配的規律，為該材料在高超聲速飛行器的熱橋部件上的套用提供研究基礎。
結題摘要
在本基金項目的資助下，重點開展了低導熱、高強度多孔陶瓷材料的製備技術、結構調控和熱/力性能等方面的研究；提出和發展了新型的多孔陶瓷的製備工藝，包括凝膠注模工藝、冷凍注模工藝、氣凝膠填充工藝、纖維增強工藝、熔鹽及擴散結合工藝、水熱合成工藝等；發展了多孔結構的設計和調控方法，製備出均勻氣孔結構、梯度定向通孔結構、氣凝膠填充的多孔結構、纖維增強結構、全纖維多孔結構、多級氣孔結構等多種新型的多孔陶瓷；製備出超輕質、超高氣孔率（60~90%）、高強度（10~140MPa）、超低熱導率（低至0.02W/(mK)）的多孔陶瓷材料，揭示了材料體系-製備工藝-氣孔結構-綜合性能之間的相互關係及規律，為該材料在高超聲速飛行器的熱橋部件上的套用提供研究基礎。此外，根據多孔陶瓷材料國內外發展的動態，拓展了多孔陶瓷材料的結構控制和多功能化的研究內容，開展了多孔壓電陶瓷及其磁電複合材料、鋰離子電池材料及其組件、多孔結構超級電容器材料、多級孔結構的氧化物空心球及其催化性能等方面的研究工作，取得了一系列較好的研究結果：（1）製備了3-1型多孔PZT陶瓷、3-1型PZT/epoxy壓電複合材料和3-0-1型PZT/ CoFe2O4/epoxy磁電複合材料，具有優異的壓電性能或磁電性能；（2）製備了具有中空核殼結構的Al@TiO2納米複合材料，滿足了負極材料在嵌/脫鋰過程中巨大的體積變化，表現出了非常優異的性能：在1 C的充放電速率下，在500次充放電循環後，可循環容量仍然保持在1200 mAh/g以上；（3）製備出具有海膽狀多級孔結構的C@MnO2超級電容器材料，其比電容達到583F/g，並提出了相應的充放電模型和機理；（4）製備了結構可調的多級孔結構的Co3O4納米空心粉體，有較高的比表面積（可達300m2/g），很好的催化活性，可在325℃即可將CH4進行100%轉化，比常規的轉化溫度降低了100~150℃。在本項目實施過程中，共培養博士後3名（出站2名），博士生7名（畢業4名，1人獲2015 年清華大學校級優秀博士學位論文二等獎），碩士生3名（畢業1人），國際交流學生3名。共發表學術論文50篇（全部有基金標註，包括Nature Commun.），其中SCI收錄41篇，EI收錄8篇。共獲得授權的中國發明專利17項、實用新型專利1項；新申請3項，包括1項國際專利。
