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內(nèi)科大賽華征教授、付蕊副教授 AFM：超高徑向彈性氣凝膠纖維
2024-11-18  來源：高分子科技
關(guān)鍵詞：超高徑向 彈性 氣凝膠纖維

  將具有優(yōu)異保溫性能的納米超多孔氣凝膠材料加工成一維的纖維形態(tài)，被認(rèn)為在個人熱管理領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，如何應(yīng)對外力的沖擊，特別是其在使用過程中如何承受徑向擠壓而保持宏觀形貌和微觀結(jié)構(gòu)的完整性仍然是制約氣凝膠纖維發(fā)展的關(guān)鍵問題。


  近期，內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院賽華征教授和付蕊副教授團隊創(chuàng)新性地合成了一種具有超高徑向彈性的氣凝膠纖維，實現(xiàn)氣凝膠纖維在受到大幅度的徑向擠壓后能夠及時從變形中恢復(fù)，并保持孔隙結(jié)構(gòu)，達(dá)到穩(wěn)定的保溫效果。具體來說，本研究使用具有超細(xì)和超高糾纏度的細(xì)菌纖維素納米纖維作為基底，采用熱可逆的瓊脂糖對其塑形，乙醇置換后經(jīng)超臨界干燥來獲得氣凝膠，再通過氣相沉積的方法在氣凝膠纖維內(nèi)部纖細(xì)柔軟的納米骨架上形成一層等形包覆的剛性二氧化硅涂層。這里不僅實現(xiàn)了柔性骨架剛性涂層的有效結(jié)合，且剛性涂層的均勻分布使其在受到外力沖擊時有效分散應(yīng)力，確保了氣凝膠纖維在受到徑向擠壓后仍能有效回彈而不碎裂。


圖1 氣凝膠纖維的制備過程及保溫性能和力學(xué)性能示意圖


  結(jié)果表明，氣凝膠纖維在徑向被壓縮90%后仍能有效回彈，且循環(huán)50次后僅有12%的不可恢復(fù)形變，呈現(xiàn)了優(yōu)異的抗疲勞性能。這是迄今為止報道的納米多孔氣凝膠纖維的最高徑向彈性。此外，該材料具有高孔隙率（>98%），低導(dǎo)熱系數(shù)（0.026 W m?1 K?1），理想的疏水性（>135°）和優(yōu)異的柔韌性。其優(yōu)異的機械性能使其具有可紡性，在外力作用下能最大限度地保持其孔隙結(jié)構(gòu)，維持其良好的保溫性能，滿足日常的穿著需要。


圖2 氣凝膠纖維的力學(xué)性能表征


圖3 氣凝膠纖維的柔韌性


圖4 氣凝膠纖維的保溫隔熱性能


  該工作以“Ultra-High Radial Elastic Aerogel Fibers for Thermal Insulation Textile”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》。內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院碩士研究生王珈惠為第一作者，化學(xué)與化工學(xué)院賽華征教授和付蕊副教授為共同通訊作者，內(nèi)蒙古科技大學(xué)為唯一完成單位。該研究得到國家自然科學(xué)基金（52164013,22466028）、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展基金（2023ZY0022）、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計劃（2020GG0152, 2022YFHH0032）和內(nèi)蒙古科技大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費的資助。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202417873

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