中国科学院理化技术研究所研究员李江涛团队与清华大学教授董岩皓课题组合作，利用硅粉-聚四氟乙烯反应剂之间的快速燃烧合成反应，实现了大尺寸碳化硅气凝胶的闪速合成，有望为碳化硅气凝胶的规模化生产和广泛工程应用开辟一条新途径。相关研究成果近日发表于《自然-通讯》。

碳化硅气凝胶是一种轻量化材料。现有工艺虽然能够制备出具有循环压缩性、高拉伸性等优异性能的碳化硅纳米线气凝胶，却普遍存在工艺复杂、生产周期长和制造成本高等问题。如何快速、低成本、低能耗制备大尺寸碳化硅气凝胶，是领域内面临的瓶颈问题。

李江涛介绍，在实验室条件下，采用研究团队研发的新工艺，每分钟可以制备出16升碳化硅气凝胶，比现有气凝胶合成技术的生产速度提升了10倍。与此同时，该工艺的制备成本降低了两个数量级，制备1升碳化硅气凝胶成本仅需5元。此外，该工艺的合成过程还具有近零能耗的突出特征，非常适合大尺寸碳化硅气凝胶的低碳、低成本制备。

研究团队通过优选作为碳源的聚四氟乙烯反应剂粉末，利用其作为反应促进剂和气化剂的双重作用，不仅实现了硅/碳弱放热反应体系的燃烧合成，而且实现了对产物微纳尺度微结构的调控。利用这种燃烧合成策略制备的碳化硅气凝胶展现出均匀的内部结构，并具有超轻量化和自支撑的显著特性。

所得碳化硅气凝胶是由许多碳化硅纳米线相互交织和堆叠而成的层状结构材料，该结构使其在40%应变条件下具有良好的抗疲劳性能，能够承受高达100次的循环加载而不发生破坏。碳化硅气凝胶的层状结构特征，结合高达99.6%的孔隙率以及全陶瓷组分，为其带来了一系列卓越的宏观物理性能。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51278-w

（原载于《中国科学报》 2024-09-26 第3版 综合）