Fe₂O₃-SiO₂复合气凝胶隔热新可能

在工业生产、航空航天等诸多领域，高温隔热材料都扮演着至关重要的角色。而气凝胶，作为目前已知热导率最低、密度最小的固体材料，凭借其优异的性能备受关注。其中，SiO₂气凝胶应用广泛，但在高温环境下，其隔热性能会大幅下降，这一问题一直困扰着科研人员。

近日，一项关于Fe₂O₃-SiO₂复合气凝胶的研究为解决这一难题带来了曙光。研究团队采用溶胶-凝胶两步法制备SiO₂前驱体溶液，再将遮光剂Fe₂O₃粉末添加其中，结合二氧化碳超临界干燥技术，成功制备出Fe₂O₃-SiO₂复合气凝胶，深入探究了遮光剂添加对气凝胶的影响。

图1  SiO₂气凝胶

Fe₂O₃在红外波段表现出色，具有较大的消光系数和优异的光吸收性能，是一种高效的遮光剂。它能散射或吸收2~8 μm波段的红外光，降低SiO₂气凝胶的透明度，增强对红外辐射的吸收和散射，从而减少高温下的辐射传热，提升隔热性能。

图2  复合气凝胶的红外光谱图

Fe₂O₃成功融入气凝胶中，且未对气凝胶的形貌造成不良影响。遮光剂的添加有效抑制了高温导致的质量损失，提高了复合材料在高温下的稳定性，同时对孔结构产生积极影响——当Fe₂O₃添加量为0.5%、1%和3%时，气凝胶孔径小于未添加的试样，更有利于限制气体分子运动，增强隔热效果。

在热导率方面，不同Fe₂O₃添加量的试样呈现出温度依赖性：温度低于800 ℃时，添加0.5%的Fe₂O₃的试样热导率最低，隔热性能最佳；在800~1 000 ℃时，添加1%的Fe₂O₃的试样表现最优，仍保持良好的纳米多孔结构。

图3  不同Fe₂O₃添加量的气凝胶SEM照片

表1  复合气凝胶的物理性能

这就意味着，通过控制不同的Fe₂O₃添加量，可定制出适用于不同温度段的复合气凝胶，为其在冶金、航空航天等多样化高温场景中的应用提供了灵活解决方案，也为气凝胶材料的性能优化开辟了新路径。