低导热、高强度多孔陶瓷材料的结构调控、制备及性能

高超声速飞行器中的一些起到连接作用（如连接表面防热结构和内部装置）的部件，往往形成热量传导的"热桥"，出现明显的"热桥效应"。为了有效地阻隔热量通过这些热桥部件向飞行器内部传递，必须使用耐高温、低热导率和高强度的热桥阻断材料。.本项目以低导热、高强度多孔陶瓷材料为研究对象，拟通过耐高温、低导热、高强度陶瓷材料体系的选择和优化、气孔结构的调控和纤维增强多孔结构的设计，通过相应的制备工艺的优化，制备出低导热、高强度多孔陶瓷材料，并揭示材料体系-制备工艺-气孔结构-综合性能之间的相互关系，获得热/力匹配的规律，为该材料在高超声速飞行器的热桥部件上的应用提供研究基础。

在本基金项目的资助下，重点开展了低导热、高强度多孔陶瓷材料的制备技术、结构调控和热/力性能等方面的研究；提出和发展了新型的多孔陶瓷的制备工艺，包括凝胶注模工艺、冷冻注模工艺、气凝胶填充工艺、纤维增强工艺、熔盐及扩散结合工艺、水热合成工艺等；发展了多孔结构的设计和调控方法，制备出均匀气孔结构、梯度定向通孔结构、气凝胶填充的多孔结构、纤维增强结构、全纤维多孔结构、多级气孔结构等多种新型的多孔陶瓷；制备出超轻质、超高气孔率（60~90%）、高强度（10~140MPa）、超低热导率（低至0.02W/(mK)）的多孔陶瓷材料，揭示了材料体系-制备工艺-气孔结构-综合性能之间的相互关系及规律，为该材料在高超声速飞行器的热桥部件上的应用提供研究基础。. 此外，根据多孔陶瓷材料国内外发展的动态，拓展了多孔陶瓷材料的结构控制和多功能化的研究内容，开展了多孔压电陶瓷及其磁电复合材料、锂离子电池材料及其组件、多孔结构超级电容器材料、多级孔结构的氧化物空心球及其催化性能等方面的研究工作，取得了一系列较好的研究结果：（1）制备了3-1型多孔PZT陶瓷、3-1型PZT/epoxy压电复合材料和3-0-1型PZT/ CoFe2O4/epoxy磁电复合材料，具有优异的压电性能或磁电性能；（2）制备了具有中空核壳结构的Al@TiO2纳米复合材料，满足了负极材料在嵌/脱锂过程中巨大的体积变化，表现出了非常优异的性能：在1 C的充放电速率下，在500次充放电循环后，可循环容量仍然保持在1200 mAh/g以上；（3）制备出具有海胆状多级孔结构的C@MnO2超级电容器材料，其比电容达到583F/g，并提出了相应的充放电模型和机理；（4）制备了结构可调的多级孔结构的Co3O4纳米空心粉体，有较高的比表面积（可达300m2/g），很好的催化活性，可在325℃即可将CH4进行100%转化，比常规的转化温度降低了100~150℃。. 在本项目实施过程中，共培养博士后3名（出站2名），博士生7名（毕业4名，1人获2015 年清华大学校级优秀博士学位论文二等奖），硕士生3名（毕业1人），国际交流学生3名。共发表学术论文50篇（全部有基金标注，包括Nature Commun.），其中SCI收录41篇，EI收录8篇。共获得授权的中国发明专利17项、实用新型专利1项；新申请3项，包括1项国际专利。