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江西理工大學(xué)張思釗課題組 IJBM：生物基氣凝膠的多功能賦予及其協(xié)同優(yōu)化
2024-09-10  來(lái)源：高分子科技

  氣凝膠材料作為基礎(chǔ)性戰(zhàn)略前沿新材料，是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的新材料之一。《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》指出“應(yīng)加強(qiáng)綠色低碳重大科技攻關(guān)和推廣應(yīng)用，加快先進(jìn)適用技術(shù)研發(fā)和推廣，推動(dòng)氣凝膠等新型材料研發(fā)應(yīng)用”。生物基氣凝膠因其原料來(lái)源廣泛、可環(huán)境降解、低成本等特點(diǎn)，在建筑節(jié)能、電子信息、分離吸附、催化以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域頗具應(yīng)用潛力。然而，目前構(gòu)筑更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的多功能一體化生物基氣凝膠仍面臨諸多困難和挑戰(zhàn)。


圖1 生物基氣凝膠樣品及多功能特性


  江西理工大學(xué)張思釗副教授課題組提出通過(guò)超分子作用構(gòu)建殼聚糖/細(xì)菌纖維素氣凝膠納米網(wǎng)絡(luò)骨架，成功制備了一種耐濕熱、抗疲勞、阻燃防火、疏水防潮的殼聚糖/細(xì)菌纖維素雜化氣凝膠。所得氣凝膠表現(xiàn)出多功能于一體的性能特征，如高強(qiáng)度（可承受超過(guò)自重10676倍水瓶），低熱導(dǎo)率（在常壓常溫下低至22 mW m?1 K?1），以及出色的抗疲勞特性（經(jīng)10000次壓縮循環(huán)，低應(yīng)變條件下無(wú)塑性變形）。


圖2 不同應(yīng)變場(chǎng)下生物基氣凝膠的微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律


  另一方面，氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的抗?jié)駸嵝院统杷匦裕ㄔ?0℃和85%相對(duì)濕度下，160 h處理后，吸濕率小于0.88%），優(yōu)異的熱沖擊特性（可承受至少200次?30℃和60℃間快速高低溫冷熱循環(huán)處理），以及良好的阻燃特性（0.6 s內(nèi)迅速自熄）。經(jīng)過(guò)疏水處理后，氣凝膠在3%應(yīng)變條件下的壓縮應(yīng)力高達(dá)0.223 MPa，相較于疏水前樣品增幅27%，實(shí)現(xiàn)了生物基氣凝膠疏水性能與力學(xué)性能的協(xié)同優(yōu)化。


圖3 高低溫冷熱循環(huán)條件下生物基氣凝膠的微觀形貌結(jié)構(gòu)演變


圖4 生物基氣凝膠隔熱性能評(píng)價(jià)及阻燃防火特性驗(yàn)證


  上述研究成果以“Microstructural Evolution of Bio-Based Chitosan Aerogels for Thermal Insulator with Superior Moisture/Fatigue Resistance and Anti-Thermal-Shock”為題發(fā)表于International Journal of Biological Macromolecules上。江西理工大學(xué)國(guó)際創(chuàng)新研究院碩士研究生廖晏榕為論文第一作者，通訊作者是張思釗副教授。該項(xiàng)工作得到了江西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江西省自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.134681

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