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  摩擦納米發(fā)電機（TENG）可以為可穿戴電子設(shè)備提供持續(xù)的電力，在智能防護織物領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。氣凝膠纖維因其輕質(zhì)和優(yōu)異的隔熱性能，是一種較為理想的制備極端環(huán)境用柔性摩擦納米發(fā)電機的材料，如用于消防服等消防設(shè)備。然而，傳統(tǒng)的無機氣凝膠脆性大、力學(xué)性能差，限制了其在柔性TENG中的應(yīng)用。而有機的聚合物基氣凝膠纖維雖然韌性好，但是耐火性能差，難以在火災(zāi)等極端環(huán)境中穩(wěn)定使用。

  針對這些問題，東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院葉長懷教授、朱美芳院士團隊設(shè)計了一種新型的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)二氧化硅/芳綸納米纖維復(fù)合氣凝膠纖維，克服了現(xiàn)有材料的局限，提供了一種既具備優(yōu)異耐火和隔熱性能，又具有良好韌性的柔性氣凝膠纖維材料。通過濕法紡絲，在芳綸納米纖維濕凝膠網(wǎng)絡(luò)中生長具有更小尺度的納米二氧化硅網(wǎng)絡(luò)，進一步通過冷凍干燥方法制備得到雙納米網(wǎng)絡(luò)的有機-無機氣凝膠纖維（圖1）�；谶@種納米雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點，復(fù)合氣凝膠纖維結(jié)合了二氧化硅和芳綸納米纖維氣凝膠性能上的優(yōu)勢，具有95%的孔隙率，高拉伸強度（3.4 MPa），低熱導(dǎo)率（0.033 W/(m·K），大比表面積（587 m2/g）和優(yōu)異的耐火性能（極限氧指數(shù)47.7%）。通過測試發(fā)現(xiàn)，基于復(fù)合氣凝膠纖維編織的織物在液氮中能反復(fù)彎曲而不破壞氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)。用機器反復(fù)拍打復(fù)合氣凝膠織物10000次來模擬織物實際使用場景，發(fā)現(xiàn)織物的重量幾倍維持不變，沒有傳統(tǒng)無機氣凝膠易掉粉的現(xiàn)象。另外，因為無機氣凝膠網(wǎng)絡(luò)中含有MTES硅源，復(fù)合氣凝膠織物顯示出疏水性能，具有128°的靜態(tài)接觸角，并且在水中浸泡12小時以上，織物仍能浮于水面上，說明液態(tài)水不能進入復(fù)合氣凝膠納米孔中。

圖3 (a) 垂直接觸-分離模式下TENG的摩擦發(fā)電機制。(b) 使用純ANF、M-T/ANF和BaTiO3@M-T/ANF氣凝膠織物作為摩擦電層的TENG的電輸出性能。(c) 充電系統(tǒng)的電路圖。(d) 用手拍打復(fù)合氣凝膠織物點亮串聯(lián)連接的10個紅色LED燈。(e) TENG暴露于火焰5秒后的情況及燃燒后的復(fù)合氣凝膠織物的照片。(f) TENG被燃燒5秒后的電輸出結(jié)果。(g) BaTiO3@硅/ANF氣凝膠織物基TENG在燃燒后的LOI值和電輸出性能保持率與近期報道的阻燃TENG的比較。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202410940