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中南大學(xué)張翼/湖南大學(xué)全華鋒團(tuán)隊(duì) Adv. Sci.:“磚-砂漿-粘合劑”設(shè)計(jì)打造高彈性、疏水且阻燃的隔熱材料
2024-12-07  來源:高分子科技
關(guān)鍵詞:高彈性 疏水 阻燃 隔熱材料

  熱能在建筑、交通、服裝、電池和航空航天等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。高效管理熱能不僅可以減少能源浪費(fèi),還可以提高設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命。有效使用熱管理材料,可以大幅提升能源利用效率。纖維素氣凝膠因其環(huán)境友好性、生物降解性、可加工性和低成本受到了相當(dāng)大的關(guān)注。然而,在生物質(zhì)氣凝膠中,實(shí)現(xiàn)機(jī)械彈性、疏水性、阻燃性和隔熱性的完美平衡,仍是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。這一平衡對(duì)于提升材料的整體性能和拓寬其應(yīng)用范圍至關(guān)重要。


  基于此,中南大學(xué)張翼和湖南大學(xué)全華鋒團(tuán)隊(duì)受-砂漿-粘合劑仿生結(jié)構(gòu)的啟發(fā),開發(fā)了層狀雙氫氧化物LDH/羧基化纖維素納米纖維(CNF-C)/Si–O–SiLCS)雜化氣凝膠。LCS氣凝膠以剛性的LDH作為以柔性的CNF-C作為砂漿,以疏水的Si–O–Si作為粘合劑其中,由水解的硅烷偶聯(lián)劑原位礦化形成的Si─O─Si鍵合網(wǎng)絡(luò)有效地增強(qiáng)了界面鍵合它作為支撐CNF-C載體上LDH納米粒子的橋梁,解決了LDH堆積引起的機(jī)械性能不足的問題。除了構(gòu)建模塊外,有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已被證明對(duì)構(gòu)建功能氣凝膠同樣重要?茖W(xué)家經(jīng)常從自然界結(jié)構(gòu)復(fù)雜的材料中尋找開發(fā)高性能材料的靈感。例如,Zhang等人制造了一種受生物骨啟發(fā)的可壓縮氣凝膠,他們的發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了在開發(fā)具有優(yōu)異機(jī)械性能和抗疲勞性能的材料時(shí)建立分層網(wǎng)絡(luò)的有效性。利用這些見解,本研究采用定向冷凍干燥法控制冰晶生長,進(jìn)而調(diào)整氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)特定的性能目標(biāo)。由于這種制備策略, LCS雜化氣凝膠表現(xiàn)出許多具有挑戰(zhàn)性的要求,包括出色的機(jī)械彈性、魯棒穩(wěn)定性、高疏水性、優(yōu)異的阻燃性和隔熱性能。這種多功能LCS雜化氣凝膠的成功合成證明了它作為一種能夠承受極端溫度和水環(huán)境的熱管理材料的潛力。該工作以““Brick-Mortar-Binder” Design toward Highly Elastic, Hydrophobic, and Flame-Retardant Thermal Insulator”為題發(fā)表在《Advanced Science》上。文章第一作者是中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生隋姍穎,通訊作者為張翼教授(中南大學(xué))和全華鋒助理研究員(湖南大學(xué))。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。


1. LCS雜化氣凝膠的制備示意圖


2. LCS雜化氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)


3. LCS雜化氣凝膠的機(jī)械性能


4. LCS雜化氣凝膠的疏水性


5. LCS雜化氣凝膠的隔熱性能


6. LCS雜化氣凝膠的阻燃性能


  論文鏈接:https://doi.org/10.1002/advs.202410938

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