国防国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料苟燕子团队Nano-Micro Letters:强且柔的TiC-SiC纤维膜:具备长时超高温稳定性,适用于极端环境传感
国防科技大学空天科学学院陶瓷纤维及其复合材料重点实验室苟燕子等人针对极端环境用柔性纤维传感器的研发难题,突破了TiC-SiC超细纤维多尺度精细调控技术,成功研制出集长时耐高温性、优良力学性能及高温压力传感功能于一体的柔性TiC-SiC 纤维膜,填补了极端环境用陶瓷纤维柔性传感器的研究空白。
极端环境用压力传感器在航空航天器、航空发动机及智能消防等领域具有重要应用价值。例如,用于航空发动机与航天设备监测的传感器,需耐受动态形变、氧化侵蚀以及2000 °C的超高温环境。然而,传统传感器因自身脆性缺陷,难以在频繁形变的工况下长期稳定工作。新兴的聚合物基柔性传感器虽具备柔性优势,却会在高温环境中出现性能急剧衰减甚至完全失效的问题。MXene 基材料与碳材料因低密度、高灵敏度、快速响应及超弹性等特性,已被广泛研究并用于制备压阻式传感器;但遗憾的是,这类传感器的高温稳定性较差,使其难以在含氧环境中大规模推广应用。因此,研发可在各类极端环境下兼具优异柔性与热稳定性的压力传感器,已成为当下的迫切需求。
国防科技大学空天科学学院陶瓷纤维及其复合材料重点实验室苟燕子等人针对这一问题,突破了TiC-SiC超细纤维多尺度精细调控技术,成功研制出高强度(2.1 MPa)TiC-SiC 柔性纤维膜。该纤维膜在惰性气氛下展现出卓越的耐温性(可耐受2000 °C高温)与长时热稳定性(1800 °C热处理5 h后,性能无衰减);同时具备优良的抗氧化性,在空气中1200 °C氧化1 h后,其强度仍可保持在1.8 MPa。该TiC-SiC纤维膜可承受约自身重量1400倍的载荷,且在丁烷火焰(约1300 °C)烧蚀下持续1 h以上仍不发生断裂。在氩气气氛中1800 °C热处理5 h后,该纤维膜的压力传感性能依旧稳定,可实现300次循环传感测试。此外,该纤维膜在900 °C以内均表现出稳定的电阻率,并且在丁烷火焰环境下具备良好的传感稳定性。
