在航空航天领域，各类飞行任务常需直面极端高温环境的严峻考验，这对先进热防护材料的研发与应用提出了迫切需求。陶瓷纤维作为新兴的隔热材料，凭借卓越的耐高温特性，引起了人们的极大兴趣。但不容忽视的是，在高温下易发生晶粒粗化，导致脆性增加、力学性能劣化，成为限制其应用的关键瓶颈。

基于此，新疆理工学院李守柱&程辉，联合东华大学闫建华教授团队报道了一种酸配位金属离子策略，该策略将可扩展的静电纺丝与煅烧工艺相结合，成功实现柔性高熵（Y_0.2Yb_0.2Ho_0.2Lu_0.2Er_0.2）₃Al₅O₁₂（RE₃Al₅O₁₂）纤维膜的制备。该纤维膜不仅具有低密度（0.1398g/cm³）、优异的隔热性能（25.1 mW·m^-1·K^-1）和良好的力学性能。尤为关键的是，它在-196°C至1600°C的极端温度范围内仍能保持相稳定和结构完整，为在航天等极端环境下实现热防护提供了全新的材料解决方案。相关研究内容以“Scalable Fabrication of Flexible High-Entropy RE₃Al₅O₁₂ Garnet Ceramic Fibers for Thermal Insulation in Extreme Environments”为题目，发表在期刊《ACS Nano》上。

研究团队创新性地采用酒石酸作为螯合剂，与 Al³⁺、稀土离子（Y³⁺、Yb³⁺、Ho³⁺、Lu³⁺、Er³⁺）形成稳定螯合物，在盐酸催化下与铝溶胶形成稳定配位网络，构建出有机-无机杂化溶胶体系。这种分子水平的精准调控赋予陶瓷纤维优异的柔性和结构完整性。

图1：高熵RE₃Al₅O₁₂纤维的制备

聚乙烯吡咯烷酮（PVP）通过氢键与无机溶胶分子级结合，延缓缩合反应并促进结构松弛。该溶胶经静电纺丝形成前驱体纤维膜后，在900℃煅烧即可转化为柔性RE₃Al₅O₁₂陶瓷纤维膜。

图2：溶胶性质的表征及其对高熵纤维柔韧性的影响

图3：高熵RE₃Al₅O₁₂纤维结构的表征

该高熵陶瓷纤维膜展现出一系列优异性能：

优异力学性能：具备出色的柔性和弹性恢复能力，单根纤维弯曲半径可达 1.52 μm，可实现打结、缠绕、折叠等复杂形变；在 80% 应变下经 100 次循环压缩后，仍能保留 96.3% 的初始应力和 51% 的应变恢复能力，摆脱了陶瓷材料 "易碎" 的固有印象。

图4：高熵RE₃Al₅O₁₂纤维柔韧性的展示

图5：高熵RE₃Al₅O₁₂纤维的力学性能

轻量化与低导热性：密度低至 0.1398 g/cm³，室温热导率仅为 25.1 mW・m⁻¹・K⁻¹，在 800-1600℃范围内仍保持 38.8-42.3 mW・m⁻¹・K⁻¹ 的低导热水平，隔热性能优于传统陶瓷材料。

强抗热震性：在丁烷火焰与液氮之间快速冷热循环后，仍能保持结构完整和可折叠性，可改善传统陶瓷纤维在高温环境下易失效的状况。

图6：高熵RE₃Al₅O₁₂纤维的隔热性能

纤维膜的卓越性能源于高熵效应与结构设计的协同作用：高熵构型通过原子扩散限制实现晶粒细化（25-45 nm）和晶格畸变，强化声子散射并抑制高温晶粒粗化；"孔洞 - 纤维交织" 的微观结构降低了热传导效率，而羧酸配体形成的稳定桥连网络则缓解了热应力，避免了裂纹产生。总之，RE₃Al₅O₁₂纤维膜在柔性、低密度及宽温域适应性方面均有显著提升，为柔性隔热领域的应用提供了新的可行方向。

原文链接： 

https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12944