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  聚合物氣凝膠纖維具有氣凝膠材料超高孔隙率、超低密度和低導熱系數等特性，同時還具有纖維材料優(yōu)異的柔韌性和可編織性等優(yōu)點，是理想的人體熱管理材料。然而，目前報道的氣凝膠纖維受限于機械性能不理想、制備工藝復雜以及熱穩(wěn)性差等問題，難以滿足在生活中，尤其是在極端環(huán)境下的使用。因此如何通過簡單的方法快速大規(guī)模制備氣凝膠纖維，并賦予其優(yōu)異的熱溫穩(wěn)定性成為亟待解決的問題。

  針對以上問題，東華大學張清華教授團隊以可溶性聚酰亞胺（6FDA-TFMB-DABA）為紡絲原液，采用濕法紡絲工藝結合冷凍干燥技術制備了一種“核-鞘”結構的聚酰亞胺氣凝膠纖維(PAFs)，其中，密實的“鞘”為PAFs提供了優(yōu)異的力學支撐，使其表現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能, 其拉伸斷裂強度可達265 MPa，初始模量為7.9 GPa；紡絲過程中通過對凝固浴環(huán)境的控制可以實現(xiàn)對PAFs比表面積和孔隙率以及機械性能的調控，比表面積可達464 m²/g。該方法可以連續(xù)快速大規(guī)模制備聚酰亞胺氣凝膠纖維。

圖1. (A) PAFs和氣凝膠織物的制備過程示意圖；(B-E) PAFs表面及截面SEM圖像；(F, G) PAF在去離子水中浸泡72 h后SEM圖像；(H) PAF-5的氮氣吸附/脫吸等溫線及孔徑分布；(I)不同凝固浴溫度下制備的PAFs的密度和孔隙率；(J，K) PAF纖維束的SEM圖像及氣凝膠纖維織物照片。

  研究中進一步對PAFs織物在不同溫度環(huán)境下的隔熱保溫效果進行了表征。得益于PI優(yōu)異的耐高低溫穩(wěn)定性和PAFs超高孔隙的特點，PAFs織物在不同的溫度環(huán)境下均表現(xiàn)出優(yōu)異的隔熱保溫特性，同時還表現(xiàn)出優(yōu)異的紅外隱身特性，是理想的隔熱防護材料。

圖2. （A, B）低/高溫環(huán)境下PAFs織物的隔熱性能；(C, D)不同層數 PAFs織物在不同環(huán)境溫度下紅外熱成像圖片及其溫差范圍； (E, F)室溫條件下PAFs紅外隱身；(F)PAFs織物的保溫機理示意圖。

  此外，通過簡單的“銀鏡反應”在PAFs表面及內部沉積銀納米顆粒（AgNP），賦予PAFs導電的特性。同時，PAFs織物表現(xiàn)出優(yōu)異的電磁屏蔽特性，三層PAFs-AgNP織物(厚度~1.2 mm）在X波段電磁屏蔽效能達到54 dB，同時還表現(xiàn)出良好的隔熱保溫效果，使PAFs織物能滿足在高電磁輻射環(huán)境下實現(xiàn)對人體隔熱保溫防護的要求。

圖3.（A-E）PAFs-AgNP的SEM及EDS元素分布圖片。(F-I) PAFs-AgNP的導電性。(J-L) PAFs-AgNP織物的電磁屏蔽效果及機理。

  該研究成果以“Facile Preparation of Continuous and Porous Polyimide Aerogel Fibers for Multifunctional Applications”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上，該文第一作者為博士生李猛猛，通訊作者為東華大學材料科學與工程學院董杰副教授和張清華教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c21842