陶瓷纳米纤维构筑海绵、气凝胶等超轻材料，具有气孔率高、热导率低、比表面积大、高温和化学稳定性好等有点，在航空航天、保温隔热、气体过滤等领域具有巨大的应用潜力。近年来，为了优化这类超轻陶瓷材料的力学性能，研究者们从纤维自身和纤维构筑的三维网络结构调控的角度出发，相继获得了具有压缩回弹、弯曲回弹、拉伸回弹等不同力学性能的超轻陶瓷材料。但如何进一步提升这类超轻材料在复杂应力条件下的力学性能，仍然是巨大的挑战。

近日，我院王红洁教授课题组发展了一种可控的化学气相反应方法，开发出一种由取向性高且相互纠缠的氮化硅纳米纤维构筑的超轻陶瓷海绵。该材料不仅具有良好的拉伸（20%拉伸应变下可弹性回复、断裂伸长率高达80%以上）和压缩（80%应变完全回弹）性能，还表现出优异的抗穿刺性。得益于独特的3D网络结构，该陶瓷海绵空气污染物的过滤效率高达99.8%以上，而其压降却仅为棉纤维滤芯的38%。这些综合性能使其具备了在复杂应力条件下的长效空气过滤能力，在空气污染治理等方面具有潜在应用价值。

该研究成果以“Resilient and Antipuncturing Si₃N₄Nanofiber Sponge”为题发表于《Nano Letters》上。西安交通大学材料学院博士生李明主为论文第一作者，青年教师苏磊和王红洁教授为论文的共同通讯作者。西安交通大学金属材料强度国家重点实验室是该工作的唯一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金的支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c04475