Al₂O₃-SiO₂气凝胶导热系数在0.027~0.049W/(m·K)之间，热导率低于多孔陶瓷。然而，弱的力学性能和气凝胶的耐温性不足严重阻碍了其实际应用。此外，由于小纳米颗粒具有较高的表面能，在高温下，严重的颗粒团聚和孔隙坍塌会导致气凝胶的灾难性破坏。提高气凝胶的力学性能和耐温性是确保其作为隔热材料实际应用的关键。

本文采用溶胶-凝胶法结合CO₂超临界干燥技术制备了RF/Al₂O₃-SiO₂有机/无机前驱体气凝胶。在氩气气氛中，经1400℃高温热处理5h，在Al₂O₃和SiO2中进行莫来石化，得到莫来石气凝胶。所得莫来石气凝胶呈现出“珍珠项链”型三维多孔网络，BET比表面积高达481㎡/g。莫来石气凝胶的抗压强度高达15.5 MPa，远高于已有报道的陶瓷气凝胶。所得莫来石气凝胶具有优良的保温性能，经1300℃丁烷喷枪考核10min，质量损失仅为2.5%，表明其在空气条件下具有优良的抗氧化性能。

基于此，南京工业大学崔升教授团队制备了一种新型的莫来石气凝胶，并详细研究了样品的高温演变过程。

图1莫来石气凝胶的合成路线示意图

如图1所示。通过溶胶-凝胶聚合和超临界干燥形成交联RF/Al₂O₃-SiO₂气凝胶，AlOOH/SiO₂团簇锚定在RF聚合物链上。RF聚合物链经进一步热处理可转化为碳气凝胶，SiO₂和Al₂O₃纳米颗粒在多孔碳载体的辅助下自发组装，形成莫来石气凝胶。

图2不同Al/Si摩尔比以及不同热处理温度(a) CAS81;(b) CAS82;(c) CAS83;(d) CAS84下样品的XRD图谱

在Al₂O₃-SiO₂二元气凝胶中，莫来石相通常在1100℃左右形成。由于RF聚合物链衍生的多孔碳的分散和支撑，将莫来石形成温度提高到1300℃，CAS84-1300样品在1400℃热处理后不发生任何相变，仍保持莫来石结晶相。二元Al₂O₃-SiO₂气凝胶的极限温度在1200℃左右。然而，碳的引入提高了莫来石的形成温度，即在热处理过程中抑制莫来石化，形成的莫来石气凝胶保持了与二元Al₂O₃-SiO₂气凝胶相似的结构，从而增强了陶瓷气凝胶的热稳定性。经过1400℃热处理后，CAS84-1400由单一莫来石相组成，与其他三种样品相比，其质量损失和线收缩率更低。因此，通过XRD进一步确定了Al/Si的最终比例为8:4。

图3RFAS84样品(a、b)干燥、在氩气经不同温度热处理后的SEM图像(c、d) 800℃/3h、(e、f) 1400℃/5h下，以及CAS84-1400的(g~j)能谱图

从图3(a, b)可以看出，干燥后的气凝胶呈现出相当均匀的高交联链状多孔结构。孔径在20 ~ 50 nm之间，由典型的介孔结构和少量的大孔组成。RF溶胶的缩聚速度相当慢，通常需要碱性催化剂在高温下反应以加速凝胶的形成，而Al/Si凝胶可以在短时间内形成。经800℃热处理后，气凝胶出现明显的尺寸收缩和质量损失。然而，从图3(c)和图3(d)可以看出，气凝胶仍然呈现出典型的三维多孔结构。随着RF有机链的解理碳化，气凝胶的结构由聚合物链状结构转变为由球形颗粒连接的珍珠项链状结构，但其孔隙大小和孔径大小均有所变化气凝胶颗粒的分布仍然是均匀的。这表明有机基团的燃烧改变了气凝胶的微观结构，将气凝胶的平均孔径减小到约20-30nm，但不会破坏气凝胶的介孔结构。与图3(d)和图3(d)进行比较。3(f)发现，在800~1400℃时，气凝胶颗粒的尺寸从20~30nm减小到10~20nm左右，1400℃后孔径在20nm左右。这是由于未反应的有机物进一步挥发，以及Al₂O₃与无定形SiO₂反应形成莫来石相。随着反应的发生，气凝胶的孔径进一步减小，但孔径分布仍然均匀。图3(g-j)的映射图显示，O、C、Al、Si四种元素均匀分布在气凝胶基质中，未检测到其他元素。在热处理过程中，Al₂O₃、SiO₂和C三种物质通过范德华力非常均匀地包埋在一起，在多孔碳的辅助下，Al₂O₃和SiO₂纳米团簇相互反应形成莫来石气凝胶。

图4不同热处理温度后RFAS84试样的压应力-应变曲线

由图4可知，当压缩应变为时，试样不发生开裂50%，当压缩应变为30%时，抗压强度达到1.3MPa。与Al₂O₃-SiO₂复合气凝胶相比，RF聚合物片段的加入大大改善了莫来石气凝胶的性能。经800℃热处理后，当变形量达到23%时，试样出现裂纹，且抗压强度不变高达7.4MPa。这是由于800°后气凝胶的力学性能C热处理源于游离碳之间的范德华力来源于有机分子链和氧化铝和二氧化硅的氧化物，其中干燥样品内部的相互作用主要是分子间的共价键聚合物链和-OH端部Al/Si构成。同时，因为有机分子链的燃烧，气凝胶的柔韧性下降，而且刚性增加。在1400℃下进一步热处理后，其力学性能，当变形量达到27%时发生断裂，而平均抗压强度高达15.5MPa，其平均值为在三次重复下的压力值为14.8MPa，远大于出版著作。因此气凝胶变得更致密而形成莫来石相具有更高的原始机械强度无定形的二氧化硅和氧化铝，这是造成许多机械现象的原因莫来石气凝胶的增强。

图5 (a)不同样品在温度高达1300℃的丁烷喷枪考核10分钟前后的照片;(b)莫来石气凝胶的抗氧化机理示意图

莫来石气凝胶的抗压强度为15.5MPa。在空气条件下经丁烷火焰考核10min后，其质量损失仅为2.5%，并且基于莫来石基体、纳米碳颗粒和内部多余的二氧化硅，提出了优异的抗氧化机理。这一工作对于开发用于航空航天和高温设施隔热材料的超高温陶瓷气凝胶具有重要意义。