DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.159618
碳化硅（SiC）纤维在极端环境下具有出色的耐高温性和化学稳定性。然而，SiC纤维的实际应用受到其较高固有热导率的限制。在本文中，采用简单的共混法，通过静电纺丝技术结合随后的固化和热解工艺，首次制备了具有高耐热性和低导热性的新型ZrO2/SiC基纳米纤维膜。详细分析了其微观结构、组成、耐高温性和隔热机理。结果表明，Zr的引入可显著提高纳米纤维的耐高温性，最高可达1400℃，同时，多相微结构（SiOxCy，ZrO2，β-SiC和残余碳）使其在高温下具有超低的热导率（1300℃下为0.217 Wm-1·K-1）。与现有的隔热材料相比，这项工作不仅制备了具有更高耐温性的隔热材料，而且为SiC基纳米纤维在隔热领域的相关研究提供了一个新的视角。
图1.ZrO2/SiC基纳米纤维膜的制备过程示意图。
图2.PCS和添加锆的PCS前体纳米纤维的FT-IR光谱。
图3.具有不同Zr含量的ZrO2/SiC基纳米纤维膜的SEM显微照片：（a）SiC，（b）SiC-Zr1，（c）SiC-Zr2，（d）SiC-Zr3。（e）SiC和ZrO2/SiC基纳米纤维的平均直径。（f）SiC-Zr2纳米纤维的EDS光谱。（g）单根SiC-Zr2纳米纤维及其Si、C、O和Zr元素映射。（h）不同放大倍率下所制备的SiC-Zr2纳米纤维的TEM图像。ZrO2相（h1）和β-SiC相（h2）的高分辨率TEM图像。
图4.SiC和ZrO2/SiC基纳米纤维的XRD光谱。
图5.（a）SiC和ZrO2/SiC基纳米纤维的拉曼光谱。（b）SiC和ZrO2/SiC基纳米纤维的XPS光谱。SiC-Zr2纳米纤维的峰拟合：（c）Si2p，（d）C1s，（e）O1s和（f）Zr3d。
图6.SiC-Zr2纳米纤维膜的耐火性和柔性：（a）经受丁烷喷灯火焰的样品，（b）在置于火焰中之前，（c）经火焰燃烧之后，（d）经火焰燃烧后样品保留柔性。（e）SiC和SiC-Zr2纳米纤维膜在Ar中的TG曲线。（f）具有热稳定性的Zr-O结构的示意图。（g）在1500℃下热处理后的SiC和SiC-Zr2纳米纤维膜的XRD分析。
图7.（a）在酒精灯上方测试疏水处理的SiC-Zr2纳米纤维膜的隔热性能。（b）经丁烷喷灯燃烧的SiC-Zr2纳米纤维膜的光学照片。（c）经受丁烷喷灯火焰的热表面的红外热像图。（d-f）3分钟燃烧过程中冷表面的红外图像。（g）SiC和SiC-Zr2纳米纤维膜在不同温度下的热导率。
