陶瓷海綿材料因其重量輕、比表面積大、導熱系數低、穩定性好等特點而備受關注。由于這些特性，海綿陶瓷材料被廣泛應用于包括保溫、水處理、催化劑載體、能量吸收等各種領域.

       傳統的陶瓷海綿材料通常由陶瓷氧化物制成，陶瓷材料固有的脆性以及制備工藝復雜嚴重限制了實際應用。因此，迫切需要簡便方法來具制備有良好柔韌性、壓縮性、耐高低溫的陶瓷海綿材料。

       本文介紹的各向異性層狀SAC海綿的制造過程包括三個步驟：聚乙烯醇（PVA）-TEOS-AlCl₃溶膠-凝膠溶液的制備，溶膠-凝膠溶液的吹塑紡絲和預紡的PVA-SiO₂-Al₂O₃復合物（PSAC）海綿的煅燒。

        PVA用作TEOS和AlCl₃的增粘劑，以促進凝膠化過程同時用作吹塑紡絲過程中形成微纖維的模板。添加AlCl₃能促進TEOS的水解，獲得透明可紡的溶液，AlCl3也是產生具有各向異性層狀結構和大量堆疊的微纖維層海綿的原因。SAC海綿是將初紡的PSAC海綿在空氣中煅燒除去殘留有機成分而獲得。

       采用了一種簡單易行的方法——溶膠-凝膠溶液吹紡技術成功地制備出具有超細纖維層的各向異性層狀SiO₂-Al₂O₃復合陶瓷海綿（SAC海綿）。

       這種方法是用氣壓推動含陶瓷原料的溶液從微孔洞中噴出，然后凝固成納米纖維。用紡絲裝置收集后加熱除掉溶劑，得到陶瓷海綿。與電紡纖維重建和氫鍵組裝相比，此方法不需要耗時且耗能的冷凍干燥過程，也不像化學氣相沉積和原子層沉積法制備條件極其嚴格。

        SAC海綿具有各向異性層狀結構，在高達80％的應變下表現出高可壓縮性，在50％的應變下具有600個循環的壓縮抗疲勞性。此外，層狀結構和陶瓷使SAC海綿具有強大的耐火性，從-196°C到1000°C的溫度不變壓縮回彈力，以及出色的隔熱性能，導熱系數低至0.034 W m^-1K ^-1。SAC海綿還具有出色的吸音性能（NRC為0.77）。SAC海綿有望成為目前隔熱吸聲的脆性材料的替代品。

        SAC海綿塊的外觀為白色，從SAC海綿的SEM俯視圖中看到隨機的纖維分布，并且在SAC海綿的橫截面中看到層狀結構和定向的纖維分布。SAC海綿是輕質的，密度低至10 mg cm^-3， 能夠切成各種所需的形狀。那么與傳統的陶瓷海綿材料相比，本文所介紹的陶瓷海綿材料有什么特點呢？研究人員用370克金屬塊對SiO₂海綿和SAC海綿的柔韌性和機械可壓縮性進行了研究，如圖3所示，這兩個海綿由于具有高柔韌性和孔隙率，被壓縮超過80％的應變。然而，SiO₂海綿變形不能完全恢復。令人驚訝的是，壓力釋放后SAC海綿完全恢復形狀，尺寸沒有明顯變化，說明了其高度可壓縮的特性。SAC海綿的各向異性結構是可壓縮性的原因。研究人員進行了多循環壓縮測試，如圖4所示，SAC海綿在為100 mm的加載速率下可承受應變為50%的600個加載-卸載疲勞循環。此外，經600次循環后，應力-應變曲線沒有明顯變化，SAC海綿保留了初始應力的88.3％，在室溫下長期保存后，SAC海綿的機械性能沒有明顯降低，這歸因于SAC海綿的分層結構。原始的SAC海綿有許多空隙，密度低。在壓縮下SAC海綿中的微纖維層更致密，且纖維未在壓縮過程中斷裂，以上結果表明SAC海綿具有出色的抗壓縮疲勞性。測試表明，密度為13 mg cm^-3的SAC海綿在垂直于纖維層方向的導熱系數在20°C下為0.034 W m^-1K^-1，與其他隔熱材料相當。SAC海綿的低導熱性歸因于低密度和層狀結構，大量空氣保留在微纖維層內和微纖維層之間，且Al₂O₃可以防止SiO₂的結晶，SiO₂和Al₂O₃的組合賦予SAC海綿優異的耐候性和高低溫下的高可壓縮性。當SAC海綿在1000°C下處理24小時后壓縮時，經過處理的壓縮SAC海綿恢復原始形狀，沒有觀察到明顯結構變化，同樣在液態N₂（-196°C）中處理24小時后壓縮，釋放應力后，SAC海綿仍恢復了原始形狀，沒有出現明顯斷裂。多孔材料的吸聲性能可以通過降噪系數（NRC）進行評估。與其他吸聲材料相比，SAC海綿具有輕便的特性和優異的吸音性能，厚度為29毫米的SAC海綿的NRC值為0.77。這是因為SAC海綿具有層狀結構，能使聲波在層之間多次吸收，SAC海綿中的超細纖維表面粗糙，會增加聲波與材料間的摩擦，導致更多的聲能消耗，同時纖維的振動也能吸聲。

       總之，研究人員采用簡單易行的溶膠-凝膠溶液吹紡技術開發了一種具有溫度不變的壓縮性的各向異性層狀SAC海綿，可實現高達80％應變的出色機械壓縮性，在50％應變下具有600個循環的壓縮抵疲勞抗性和強大的機械穩定性。此外，層狀結構和陶瓷組件還為SAC海綿提供了優異的耐火性和吸聲性能，有望用作防火材料、高溫絕熱材料、聲能吸收劑和催化劑載體。

（部分文字圖片來自網絡，侵刪）