利用电纺丝法制备轻质、低导热陶瓷纤维材料

This project studies the use of a new type of electrospinning technology for synthesizing low thermal conductivity, light weight, and high temperature resistant ceramic fibers could be used in the aerospace field. The project focus on the development of rapid preparation technologyo under high voltage electric field and the performance of ceramic fibers. We will selecte a series of rare earth zirconate inorganic compounds, using the fabrication of fiber precursor sol gel, in the high voltage electric field to prepare the nanometer or submicron ceramic fiber diameter. The ceramic fiber structure, mechanical, thermal and high temperature resistant performance will also be studied.The project owe the originality, and intellectual property, and also shows far-reaching significance for our country aerospace and materials science reserches.

本项目研究一种新型的利用电纺丝技术合成制备可应用于航空航天领域的低导热、轻质、耐高温陶瓷纤维材料的工艺。旨在研究一种在利用高压电场快速制备高性能的陶瓷纤维的工艺和原理。材料选用一系列稀土锆酸盐无机化合物，通过溶胶凝胶技术制备纤维前驱体，在高压电场作用下获得直径为纳米或亚微米的陶瓷纤维。本项目研究该工艺条件下合成的陶瓷纤维的结构、力学、热学和耐高温性能。该项研究具有独创性，对于我国航空航天事业和材料科学研究都有深远意义。

电纺丝方法是近年来国际上报道的一种新型的纳米或微米纤维材料的制备工艺。它是将具有一定粘度的液体在高压电场（10～20KV）作用下喷射成为纳米或微米状的纤维。将纤维干燥和热处理后制成具有一定强度和韧性的纤维材料。目前该技术多用于制备一些有机高分子纤维，但也有一些无机陶瓷纤维的研究报道。可以获得性质优良、超细的纳米微米级的有机和无机纤维材料。本课题组在近几年进行了一些利用电纺丝的方法制备纳米和亚微米陶瓷纤维的研究。成功的制备了中空YSZ、YSZ、LOM、ITO，SnO2，Gd2Zr2O7、ZnO等亚微米纤维，尺寸在数百纳米范围。性也成功地合成了钛酸钡等陶瓷纤维。目前正在利用电纺丝技术合成低导热、耐高温的稀土锆酸盐纤维的研究。发现了一种利用纳米非晶氧化铝涂层的方法可以有效提高氧化物纳米纤维的高温热稳定，可以使得氧化物纳米纤维的晶粒生长起始温度提高300-400度，Sc掺杂氧化锆（ScSZ）在1000度时80小时保温下晶粒没有明显长大，为纳米纤维的高温应用提供了有力的支持，还发现纳米纤维的晶粒生长起始于表面，如果降低纳米纤维的表面自由能增加原子迁移势垒可以有效抑制晶粒的高温生长。