納米顆粒氣凝膠或納米顆粒/纖維復(fù)合氣凝膠的組成均含有納米顆粒，由于顆粒間、顆粒與纖維間相互作用小，材料存在顆粒易脫落問題，從而使纖維結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、性能下降，嚴(yán)重限制其實(shí)際應(yīng)用。為徹底解決顆粒易脫落的問題，通常以纖維為構(gòu)筑基礎(chǔ)，制備陶瓷纖維氣凝膠材料，其方法主要包括減壓抽濾法、三維打印法、自組裝法、層層堆疊法、直接紡絲法等。
減壓抽濾法
Dong等以無機(jī)溶膠為粘結(jié)劑，聚丙烯酰胺為分散劑，制備多晶莫來石微米纖維分散液，通過減壓抽濾法成功制備雜化纖維氣凝膠。隨后高溫煅燒使纖維間發(fā)生粘結(jié)，形成莫來石微米纖維氣凝膠。該法制備的氣凝膠體積密度大。
莫來石微米纖維氣凝膠的制備示意圖
自組裝法
Lin等人通過超聲輔助自組裝、冷凍干燥法及熱解過程相結(jié)合，利用三聚氰胺二硼酸鹽前驅(qū)體制備出具有開孔結(jié)構(gòu)的三維氮化硼纖維狀泡沫材料。然而由于框架纖維直徑較粗、纖維直徑均勻度較差且孔為不規(guī)則的無序結(jié)構(gòu)，該材料力學(xué)性能存在一定缺陷。
三維氮化硼泡沫制備示意圖
三維打印法
Meza等人利用雙光子刻蝕、原子層沉積和氧等離子體刻蝕制備氧化鋁陶瓷空心管三維微米格子框架。該材料可以通過優(yōu)化管壁厚度與半徑比值可以抑制構(gòu)成固體的脆性斷裂，通過殼屈曲達(dá)到彈性形變，從而優(yōu)化框架的回彈性能。但該法成本過高，擴(kuò)大化生產(chǎn)困難。
中空 Al2O3 微米框架制備示意圖
現(xiàn)有陶瓷為米纖維氣凝膠雖然解決納米顆粒易脫落的問題，但通過不同方法制備的微米纖維氣凝膠存在體積密度大、回彈性差等問題。通過通過層層堆疊法、直接紡絲法等可降低纖維直徑提升纖維本體柔性，從而制備出彈性納米纖維氣凝膠材料。
層層堆疊法
Su等人通過化學(xué)氣相沉積的方法制備碳化硅納米線片層材料，然后將纖維片層逐層疊加，制備了碳化硅納米線氣凝膠。該材料不僅有較好壓縮回彈性能還有良好的阻燃性和隔熱性能。但該方法制備的氣凝膠僅是二維結(jié)構(gòu)的簡單堆疊，呈各向同性，且片層間無相互作用，易出現(xiàn)層間剝離限制其實(shí)際應(yīng)用。
碳化硅納米線氣凝膠的制備示意圖
直接紡絲法
直接紡絲法是利用靜電紡絲技術(shù)或者其他紡絲方法，直接使纖維沉積形成三維體型材料，或利用三維接收裝置收集形成體型材料，隨后高溫煅燒制備出陶瓷納米纖維氣凝膠材料。
Wang等將溶膠凝膠紡絲溶液利用噴吹方法紡絲，并以三維籠子為接收基材，制備出TiO2、ZrO2、YSZ、Al2O3和BaTiO3納米陶瓷纖維氣凝膠材料。但該法材料纖維各向異性堆積，無法對氣凝膠的形狀、尺寸、孔結(jié)構(gòu)、體積密度等進(jìn)行精確控制且結(jié)構(gòu)極易塌陷。
溶液噴吹法制備納米纖維氣凝膠的示意圖
上述方法雖然制備出體型陶瓷納米纖維材料，但仍有問題亟待解決：
壓縮回彈性差，纖維間無相互作用，在外部作用力下易塌陷；
形狀不可控，材料微觀呈層狀堆積或無規(guī)棉花狀，難以精確控制與重復(fù)制備；
體積密度不可控，直接紡絲法制備的氣凝膠體積密度難以調(diào)控，層層堆疊法制備的氣凝膠要達(dá)到特定的形狀/高度其體積密度偏大。
參考資料：
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