​東華大學成艷華團隊合成高柔韌性和高絕熱性的纖維復合氣凝膠材料

絕熱材料在國防軍工、航空航天、日常民用、工業生產等諸多領域具有廣泛的應用需求。其中二氧化矽氣凝膠因具有極低的熱導率(λ<20 Mw•m-1•K-1,低於空氣),被認為是一種“超級絕熱材料”。但該材料存在強度差、受力易破碎等問題,極大限制瞭材料的實際應用,如何獲得兼具高柔性和高絕熱性能的氣凝膠材料具有重要的戰略意義。

近日,東華大學纖維改性材料國傢重點實驗室、材料科學與工程學院的成艷華及朱美芳教授研究團隊圍繞國傢新型材料發展,以輕質、柔性、高絕熱性材料為研究目標,將軟且韌的有機納米纖維引入硬且脆的無機矽網絡中,通過跨尺度(分子-納米-微米)結構設計,獲得宏觀具有高柔韌性和高絕熱性的纖維復合氣凝膠材料多尺度“軟-硬”協同雜化策略如下(圖1):分子尺度上,采用低交聯密度的矽源增加矽網絡的韌性;納米尺度上,利用纖維素納米纖維和矽網絡界面間的強結合能力確保材料的機械完整性;微米尺度上,通過纖維橋聯復合網絡結構實現材料的高孔性和柔韌性。采用該策略設計的纖維復合氣凝膠在國防軍工、航空航天、能源管理、民用保暖等領域都具有較為廣闊的應用前景。

​東華大學成艷華團隊合成高柔韌性和高絕熱性的纖維復合氣凝膠材料

圖1.矽-纖維素復合氣凝膠制備的示意圖及其形貌圖

​東華大學成艷華團隊合成高柔韌性和高絕熱性的纖維復合氣凝膠材料

圖2.纖維復合氣凝膠的拉伸穩定性及高柔性

該納米纖維-矽復合氣凝膠具有極低的熱導率15.3 mW•m-1•K-1,孔隙率高達93.6%,比表面積高達660 m2•g-1,可支撐起高於其本身質量4個數量級的重物,並可進行彎折、卷曲、折疊等,且能夠裁剪成任意形狀(圖2)。基於柔性復合氣凝膠優異的絕熱性能(圖3),作者進一步制備瞭具有電熱-絕熱一體化雙模式的高效熱器件,增加能量的利用效率。基於復合氣凝膠優異的疏水性和高度多孔性,這一復合氣凝膠還可以應用於環境污染物處理等領域。

​東華大學成艷華團隊合成高柔韌性和高絕熱性的纖維復合氣凝膠材料

圖3.纖維復合氣凝膠的絕熱性能

這一成果近期發表在Advanced Functional Materials上,文章的第一作者是東華大學的博士研究生張君妍。

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