鲁达 在保证多孔结构的情况下，如何将晶体陶瓷纳米材料正确组装到闭孔泡沫或开孔纳米晶格中，不影响其热导率、孔隙率、机械完整性等一直为科研工作者关心的问题。传统地通过控制气孔拓扑和几何形状来设计多孔材料，如根据孔隙率、孔径、形状、孔的互连性和分布等来定制多孔结构，但材料的热传导性能会有很大变化。那么，如何恰当设计材料的微结构着实让人烧脑。纳米结构由于具有大的毛细管能量，在高温下很不稳定，因此制备可耐温度高达1000℃的纳米材料尚为空白。
为了弥补这一空缺，清华大学汪长安、佛罗里达大学An Linan与麻省理工大学李巨强强联手，以具有高温稳定性的耐火陶瓷为原料，提出了一种合成具有中空晶粒纳米结构的陶瓷材料的新方法，材料在较宽的温度范围（25℃-1400℃）具有超绝热性能。这项研究以题为《Hollow-grained “Voronoi foam” ceramics with high strength and thermal superinsulation up to 1400 ℃》发表在《Materials Today》上。
图1 材料的加工烧结工艺流程图
图2 具有中空结构La2Zr2O7陶瓷的结构表征
作者评估了具有中空晶粒纳米结构的La2Zr2O7陶瓷的热性能。研究表明壁厚为20–40 nm的样品的有效热导率位于“内部孔隙区域”内，这说明大部分热传递是通过冷凝相进行的，即LZO骨架。作者认为热导率的非单调温度依赖性是由三种机制的共同作用引起的：(1)固态热导率(2)气体热导率和(3)辐射热导率。
提出了一种合成中空晶粒纳米材料的新方法，制备方法具有灵活性、可控性及普适性。材料在较宽的温度范围（25℃-1400℃）具有超绝热性能，打破了传统制备手段的局限性。制备的厘米级样品具有251 MPa超高的抗压强度、抗100 MPa的高弯强度，以及在高达1400℃下仍具有较佳的热稳定性。这项研究为纳米技术在高温条件下的应用开辟了道路。