用于高温环境下噪声吸收的柔性陶瓷纳米纤维气凝胶

航空业的快速发展使人们生活越来越便利，然而，不断提高的飞行速度和装载能力使航空噪声污染日益严重。传统的航空降噪技术（设备创新或改进飞行程序）存在效率低、难度大、成本高等问题。因此，轻量、耐高温且具有高效降噪功能的吸声材料成为研究热点。

陶瓷纳米纤维气凝胶具有结构稳定、孔隙率高、厚度可调等优点，然而其完全开放的大孔结构在传播过程中会传输大量噪声波，从而限制了对低频噪声的吸收，因此，利用纳米纤维气凝胶构建高效吸声材料依然极具挑战性。鉴于此，东华大学提出了一种通过气泡辅助冷冻铸造技术制造具有级联共振腔柔性陶瓷纳米纤维气凝胶（FCNA）的技术。

该气凝胶由柔性二氧化硅纳米纤维（SNF）、软蒙脱石（MMT）纳米片和硅溶胶组装而成。相关制备技术结合了气泡模板形成的快速性和冷冻铸造的可扩展性，从而可以快速、简单、可控地制备FCNA，具有大规模生产的可行性。

由于陶瓷纳米纤维和纳米片的陶瓷特性，FCNA还可以承受高达1100℃的高温火焰而不损坏。稳定的铰链腔结构还赋予了FCNA优良的柔韧性、弹性和抗弯曲性，即使经过1000次屈曲回复测试，其仍能恢复到初始位置。此外，FCNA还具有较好的抗压缩疲劳性以及良好的抗拉伸变形能力，其拉伸断裂应力和应变分别为7.1kPa和10.6%。

研究人员还测试了FCNA的实际噪声吸收能力。试验发现，与市售的30mm厚主流纤维毡相比，FCNA表现出良好的降噪能力。此外，为模拟高温条件下的实际航空发动机噪声吸收，测试了FCNA在高温火焰（1100℃）下的降噪性能，结果表明其可以将空气压缩机的噪音降低到63.9dB，同时保持了结构完整性。

该柔性陶瓷纳米纤维气凝胶的研究为交通降噪、工业降噪和建筑降噪等领域高效吸音材料的设计提供了一个新思路。相关工作以“Bubble Templated Flexible Ceramic Nanofiber Aerogels with Cascaded Resonant Cavities for High-Temperature Noise Absorption”为题发表在《ACS Nano》上。

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