アラミドセラミック複合材料で過酷な環境に対応
過酷な環境向けに設計された耐摩耗性・断熱性素材は、開発および製造段階で予期せぬ課題に直面することが多い。一方では、耐衝撃性などの特定の特性を維持する必要があるが、高温下では性能が低下する（特に耐熱性が低下する）場合が多い。そのため、耐久性のある断熱繊維を製造するには、複数の素材を組み合わせた複雑な製造プロセスが必要となることが多い。
アラミド繊維優れた機械的特性を持つため、消防士や救急隊員の装備など、保護用途に広く使用されています。しかし、その熱特性が用途を制限しています。比較的高い熱伝導率と温度に敏感なポリマーの性質により、広い温度範囲で十分な熱保護を提供しながら、同時に堅牢な機械的強度を維持することが困難です。
一方、セラミックエアロゲルは、高い比表面積と低い密度を特徴とするメソポーラス構造のおかげで、優れた断熱性能を発揮します。しかしながら、これらの超軽量材料は、機械的脆性と劣悪な機械的性能という欠点があります。
バッファロー大学の研究者たちは、両材料の長所を組み合わせることで、優れた機械的特性と熱特性を示す耐摩耗性アラミド／セラミックエアロゲルナノ複合材料を開発した。
（例えば、花のつぼみの上に置かれたこのアラミドエアロゲルナノコンポジットなど）
新しいアラミドエアロゲルナノコンポジットのサンプルが花のつぼみの上に置かれている様子が示されており、この材料の軽量性が実証されている。これらの特性により、この新しいナノコンポジットは、航空宇宙、電子機器、個人用保護具など、過酷な環境で使用されるウェアラブル繊維の低コスト生産において有望な候補となる。
バッファロー大学の教授が率いるチームは、この先進的なアラミドセラミックエアロゲル複合材料に関する研究結果を発表した。この材料は、低密度（0.08 g cm⁻³）、低熱伝導率（0.034 W m⁻¹ K⁻¹）、高圧縮性、そして1.1 MPaの圧縮強度を特徴としている。このプロセスでは、アラミドエアロゲル繊維を、その場での架橋反応によって作製する。
アラミド繊維シリカエアロゲル前駆体（HCl、CTABミセル、尿素、ケイ酸ナトリウム）も使用しています。Nanowerk社は製造プロセスについて次のように説明しています。「ナノ多孔質シリカエアロゲルとアラミド繊維のその場での架橋反応によりナノコンポジットを製造するために、シンプルで拡張性の高い製造戦略を採用しました。得られたナノコンポジット繊維は、中空のメソ多孔質シリカマトリックスと相互接続された3Dネットワークを形成します。」エアロゲル繊維構造は、相互接続された多孔質ネットワークと高い含有量の捕捉空気を特徴としており、アラミド繊維-エアロゲル複合材は、-196℃から400℃までの極端な環境下でも優れた断熱性能を発揮します。
この製造方法の鍵は、シリカエアロゲル前駆体とアラミド繊維の間で起こるその場での架橋反応です。常圧乾燥プロセス中に、前駆体はナノ多孔質シリカエアロゲルに変化し、アラミド繊維上に堆積します。アラミド繊維はパーコレーションネットワークを形成し、シリカエアロゲルはこの繊維ネットワーク上で架橋反応を起こして堆積します。ゲル化中に形成されるアラミド繊維とエアロゲル間の界面結合は、繊維ネットワークの崩壊をさらに防止します。
このナノ複合断熱材の優れた特性を実証することに成功した研究チームは、現在、断熱・耐摩耗システム、耐衝撃装甲、熱に敏感な用途向けの構造部品など、具体的な用途について調査を進めている。
