來自中國蘭州化學物理研究所的研究人員報導稱，他們開發出一種全新的陶瓷材料，這種材料可以在不破裂的情況下被扭曲、凍結、高溫加熱和壓縮。這項新材料在各種行業中可能有重要的應用，尤其是在太空飛行領域。陶瓷材料在耐熱方面表現優異，但由於其本質上脆弱，往往不易處理。陶瓷不容易熔化、燃燒或軟化，這使它們在引擎、航天器和超音速飛行器的應用中變得理想。然而，由於它們的脆性，彎曲或震動會導致破裂或開裂。如果長時間加熱，則其內部結構會變粗糙，影響性能。
傳統上，氣凝膠被視為一種潛在的解決方案，但它並不是萬能的。氣凝膠在熱絕緣方面優於陶瓷，因為它主要由空氣組成。然而，氣凝膠往往比傳統陶瓷材料更脆弱。在理想的情況下，工程師希望能夠擁有一種機械性能像海綿但熱性能像爐磚的陶瓷材料。為此，蘭州團隊著手開發一種陶瓷氣凝膠，經過反覆試驗，他們成功研製出一種能夠被壓縮至幾乎平坦（壓縮率達 98%）的氣凝膠。
這種新材料在受到壓縮時，能夠像橡膠一樣恢復原狀，並且在液氮低溫（攝氏 -196 °C）到紅熱（攝氏 1,500 °C）之間的廣泛溫度範圍內保持穩定。這種材料的絕緣性能也優於大多數高溫陶瓷。傳統陶瓷由於其原子結構的原因是脆的，它們依賴於強而有方向性的離子/共價鍵，這使它們在抗熱性能上表現優異但在柔韌性上卻糟糕。一旦出現裂縫，它會迅速蔓延至整個材料。在較高的溫度下，原子往往會遷移，並在其結構內部生長結晶。
為了克服這一問題，研究團隊開發了一種新的高熵技術。他們不再使用一種主要的金屬氧化物，而是將五種不同的金屬原子隨機混合在同一晶格上，這種原子混亂的結構阻礙了熱量在氣凝膠中傳播，並且使材料在高溫下不易放鬆。此外，研究團隊發現這種新型陶瓷氣凝膠具有非常好的彈性，這在理論上是不應該存在的。
這種氣凝膠的微觀結構類似於由約 250 奈米厚的纖維組成的納米纖維網絡。這些纖維有效地編織成一個三維彈簧狀的支架，並在其間留有大量空隙。這種結構意味著氣凝膠在壓縮時纖維會彎曲、屈曲並相互滑動，從而分散施加在材料上的應力，降低其結構完整性出現災難性失效的可能性。
根據研究團隊的說法，這種新材料在超音速飛行器的外殼、渦輪機的絕緣材料、航天器的熱防護罩以及極端環境中的密封件和墊片等方面均有重要的應用潛力。這種氣凝膠也將對需要承受震動和高熱的航空航天元件非常有用。該研究的詳細內容可以在《Advanced Science》期刊中查閱。
