主要观点总结
本文主要介绍了SiC气凝胶的制备技术及其突出优势。近年来，围绕SiC气凝胶的合成技术得到了大量研发投入并取得了快速发展。中国科学院理化技术研究所与清华大学合作，利用Si-PTFE反应剂之间的快速燃烧合成反应，实现了大尺寸SiC气凝胶的闪速合成，生产速率高达16 L/min。此方法具有近零能耗、低碳、低成本等突出特征，有望为SiC气凝胶的规模化生产和广泛工程应用开辟新途径。
关键观点总结
关键观点1: SiC气凝胶具有诸多优势
具有多尺度可调控微结构、卓越的循环压缩性、高拉伸性，以及低裂纹敏感性等热力学特性。
关键观点2: 合成技术的突破
李江涛研究员团队与董岩皓教授课题组合作，利用Si-PTFE反应剂的快速燃烧合成反应，实现了大尺寸SiC气凝胶的闪速合成。生产速率快，大幅度缩短了制备周期。
关键观点3: 合成过程的突出特征
该工艺具有近零能耗的突出特征，非常适合大尺寸SiC气凝胶的低碳、低成本制备。对比测算表明，生产速度提升了10倍，制造成本降低了两个数量级。
关键观点4: SiC气凝胶的微观结构和性能
SiC气凝胶由众多SiC纳米线相互交织和堆叠而成，具有层状结构材料。独特的微观结构赋予了其在宽温区范围内展现出的可压缩性、良好的抗疲劳性能、超低热导率等卓越性能。
正文
对于燃烧合成而言，Si-C为弱放热体系。其绝热温度范围（1600 ~ 1700 K）低于自持燃烧反应的经验判据（1800 K）。因此，在常规条件下难以实现Si-C的燃烧合成。在本研究中，通过优选作为碳源的聚四氟乙烯（PTFE）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Si/C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。反应前后的反应剂和合成产物的形貌如图1所示。
中科院理化所的博士生韩鲁佳在实验中观察到：该反应一经点燃，便
在2 s内达到超过57 atm的峰值压力，并在4 s内实现了超过1800 ℃的峰值温度
。待反应冷却至室温后，
体积膨胀比高达1076%
。
燃烧波前沿蔓延速率约为30 cm s
−1
。通过这种优化的燃烧合成策略，制备的SiC气凝胶展现出了均匀的内部结构，并具有超轻量化和自支撑的显著特性。
图1 | 快速制备SiC气凝胶。a,
燃烧合成法制备SiC气凝胶示意图。
b,
燃烧合成过程中的压力和温度变化。
c,
Si/ PTFE粉末，1MPa氩气中燃烧波传播过程照片。
d-e,
在同一反应料舟中，燃烧合成前的初始反应物粉末和燃烧合成后的最终产物照片。
f,
燃烧合成后体积为2.5 L的SiC气凝胶实物照片。
g,
不同合成方法制备SiC气凝胶的时间和成本对比图。
所得SiC气凝胶是由众多SiC纳米线相互交织和堆叠而成的层状结构材料。
在燃烧波传播的过程中，SiC纳米线之间通过局部烧结作用形成了稳固的交联结点，进而构筑了一个
三维连续的互连网络
。这一独特的微观结构赋予了SiC气凝胶在40%应变条件下良好的抗疲劳性能，能够承受高达100次的循环加载而不发生破坏。SiC气凝胶的层状结构特征，结合其高达
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。其中包括在宽温区范围内（
从-196 ℃至1100 ℃
）展现出的
可压缩性
，同时表明材料具备优异的温度稳定性。此外，SiC气凝胶在室温条件下展现出的超低热导率（
0.027 W m
−1
K
−1
），以及在高温下的隔热性能，进一步凸显了其在热管理应用方面的潜力。
