先进的陶瓷海绵材料具有足够的弹性和优异的耐高温性能，是恶劣环境下迫切需要的隔热材料。然而，陶瓷在超轻和弹性材料体系中的发展受到其脆性和缺陷敏感性的严重制约。

近期，哈尔滨工业大学隋超副教授团队报道了一种基于钇稳定ZrO₂（YSZ）纳米纤维的弹性柔性、耐热、片层结构陶瓷海绵，该海绵是通过可扩展的溶液吹丝工艺制成的。YSZ纳米纤维具有小晶粒尺寸（在1300°C时≈50 nm），为机械和热性能提供了至关重要的支持。YSZ 纳米纤维具有较小的晶粒尺寸（1300 °C 时为≈50 nm），为其机械和热性能提供了关键支持。YSZ 纳米纤维原位沉积形成的多孔三维海绵具有超轻密度（≥5 mg cm⁻³）、80%可逆压缩应变、高抗疲劳性（在 50%应变下循环 1000 次后永久降解小于1.59%），并且可以从接近零的泊松比的大变形中完全恢复。

此外，YSZ 纳米纤维海绵表现出-196 至1300 °C 的温度不变超弹性范围、出色的弯曲性、低热膨胀系数（1300 °C 时为 9.26×10⁻⁶°C⁻¹）以及优异的隔热性，导热系数低至 0.028 W m⁻¹ K⁻¹。这种很少集成的特性与聚合物/碳材料和传统陶瓷气凝胶的特性形成鲜明对比，使陶瓷海绵成为许多高端应用的理想选择。相关研究内容以“Ultralight, Elasto‐Flexible, and High‐Temperature Resistant Ceramic Nanofiber Sponges for Thermal Superinsulation”为题目，发表在期刊《Small》上。

图1 YSZ纳米纤维海绵的制备及其微观结构。

图2 YSZ纳米纤维海绵的结构稳定性表征。

图3 YSZ纳米纤维海绵的压缩性能及压缩机理。

图4 YSZ纳米纤维海绵的可弯曲性。

图5 YSZ纳米纤维海绵的隔热性能。

结论

该研究通过溶液吹纺原位沉积策略，成功制备出层状 YSZ 纳米纤维海绵，实现了 “超轻、高弹性、宽温域稳定、低导热” 的多性能集成：

• 解决了传统陶瓷脆性问题，突破了高温环境下弹性材料的应用瓶颈；

• 规模化制备工艺（可制备大尺寸、定制化形状）为工程化应用提供可能；

• 材料在 - 196~1300℃的超弹性和优异隔热性，使其成为航空航天、高温过滤等极端环境热绝缘的理想候选材料。

原文链接： https://doi.org/10.1002/smll.202509204