材料科学：極端条件下での断熱用の半晶質セラミックエアロゲル

極端条件下での断熱には、1000°Cを超える温度で複雑な熱機械的応力に耐え、優れた断熱性を維持できる材料が必要である。セラミックエアロゲルは魅力的な断熱材料だが、非常に高い温度では、熱伝導率の大幅な増大や低い熱機械的安定性を示すことが多く、壊滅的破壊につながる場合がある。今回我々は、高温において非常に優れた熱機械的安定性と極めて低い熱伝導率をもたらす、ジグザグ構造の半晶質ジルコンナノファイバーエアロゲルのマルチスケール設計について報告する。このエアロゲルは、ゼロに近いポアソン比（3.3 × 10⁻⁴）とゼロに近い熱膨張係数（1.2 × 10⁻⁷°C⁻¹）を示し、これによって優れた構造的柔軟性と熱機械的特性が確保される。また、このエアロゲルは、熱的安定性が高く、急激な熱衝撃後の強度低下が極めて小さく（1％未満）、加工温度が高い（最高で1300°C）。我々は、構成半結晶ジルコンファイバー中に残留炭素種を意図的に閉じ込めることによって、放射伝熱を大幅に減らし、1000°Cで104 mW m⁻¹ K⁻¹というこれまでのセラミックエアロゲルの中で最も低いレベルの高温熱伝導率を達成した。熱機械的特性と断熱特性の組み合わせによって、極端条件下でのロバストな断熱向けに魅力的な材料系が得られる。

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