東華大學朱美芳院士團隊AM：隔熱氣凝膠纖維研究進展

人類是吸（xī）熱恒溫動物，要（yào）維持體內溫度才能維持生命。然而，在（zài）極端（duān）環境中，如嚴寒的（de）冬天，人類的生理適應能力是非（fēi）常有限（xiàn）的。從古代的動物皮毛到現代的合成保溫材料（liào），科技（jì）進步為人類提供了在惡劣環境中（zhōng）生存的可能性（xìng）。氣凝（níng）膠因（yīn）其極低的密度和獨特的孔隙結構，在隔熱材料領域收到廣泛關注。但由於傳統氣凝膠的機械結構（gòu）不穩定性，限製了（le）實際的應用範圍。朱美芳院士團隊開發的氣凝膠具有大而均勻的長度與直徑，作為構（gòu）建（jiàn）塊，通過冷凍成型技術將其組（zǔ）裝成具有波紋片層結構的氣凝膠氈。這些氣（qì）凝（níng）膠具（jù）有（yǒu）優（yōu）異的機械性能，可以滿足織物（wù）的彈性和舒適性需求（qiú），還具有自清潔、防水（shuǐ）、透氣和阻燃的特性，適用於極（jí）端環境中的應（yīng）用要求。

圖1. PPS（聚苯（běn）硫醚）超（chāo）細（xì）纖維的製備流程

采用海島型熔紡技術（如圖1），利用CoPET和PPS分別作為“海”和“島”的組成部分進行雙組份熔融紡絲，通過多個步驟逐步（bù）縮小纖維直徑，得到高（gāo）長徑（jìng）比（bǐ）的連續超細纖維。這些纖維具有極細的直徑（約1微米）。隨著拉伸比的（de）增（zēng）加，纖維的分子鏈取向逐步有序化，並形成高結晶度的結構。這種高結晶度（dù）在纖維的力（lì）學強度上發揮了重（chóng）要作用，使（shǐ）得最終材料具備優異的機械性能。 

圖（tú）2. LFFAs的基（jī）本結構特征和機械柔韌性（xìng）

LFFA具有極低的密度，僅有6.4mg cm³，展示了其輕質特性，例如可以輕鬆（sōng）懸停在花（huā）朵上（如圖2）。通過冷凍成（chéng）型，可以製得不同的幾何（hé）形狀的LFFA，如塊狀和纖維（wéi）狀（zhuàng），且LFFAs的具有極高的柔（róu）性，例如可被捏合（hé）、打結且無損壞。這些特性主（zhǔ）要得益於材料內（nèi）部的三維纖維網（wǎng）絡結構，該結構在提供穩定支撐的同時又具備柔韌（rèn）性。在SEM圖中可以看到LFFAs的層狀和開放式孔隙網（wǎng）絡，這種結構為（wéi）LFFAs提供了良好的（de）透氣性和隔熱性能，同（tóng）時增強了材料的可加工性。

圖3. LFFAS的彈性機（jī）械性能

通過（guò）一係列力（lì）學測試（如圖（tú）3）表明LFFAs在（zài）拉伸和壓縮下（xià）的出色彈性和耐（nài）久性。例如（rú）LFFAS可（kě）以在25%的拉伸下保持彈性恢複性，表現（xiàn）出優異的拉伸（shēn）性能。在壓縮應變測試中，可以承受（shòu）高達95%的壓縮應變並恢複到原始形狀，具有極高的恢複性。LFFAS在經過10000次（cì）壓縮循環後仍能保持良好的疲勞耐久（jiǔ）性（xìng），這表明LFFAs在多次使用或長時間負荷下具（jù）有穩定性。這些氣凝膠的優異機械性能，可以滿足織物的彈性和舒適性需求，包括（kuò）超強（qiáng）的柔韌性（xìng）。

圖4. 多功能隔熱氣凝膠的特性

通過接（jiē）觸角測試展示了材料的超疏水特性（接觸角達到154°），並且能夠自清潔，在水流下輕（qīng）鬆去除表麵灰塵和汙漬。具有優異的透氣性，可有效防止液態水滲（shèn）透，同（tóng）時允許水蒸（zhēng）氣逸出，適（shì）合於濕度較高的環境。在（zài）阻燃性能測試中，材料達到V0級（jí）阻燃等（děng）級（jí），展（zhǎn）示了在火焰接觸（chù）下的自熄性和高熱穩定性，能夠在緊急情況（kuàng）下提供額外的（de）防護。所得的氣凝膠毛氈服裝表現出優異的隔熱（rè）性能，接近於幹燥空氣的隔熱性能，其厚度僅為（wéi）具有類（lèi）似（sì）隔（gé）熱性能的羽（yǔ）絨服（fú）的三分之一。（如（rú）圖4）

 綜上，這項研（yán）究成功（gōng）地解決了氣凝膠在實際應用中的機（jī）械（xiè）脆弱性和結構不穩定性問題。通過海島（dǎo）熔融（róng）紡絲技（jì）術製備的超細（xì）纖維，構建了一種新型的氣凝（níng）膠結構，這種結構不（bú）僅具有出色的機械性能，還具備（bèi）了舒適性、自清潔（jié）性、防水性、透氣性和阻燃性。這些特性使得氣凝膠服裝在極端環境下的保溫領域具有（yǒu）廣泛的應用潛（qián）力，如日常保暖、戶外運動和緊急（jí）救援特殊服裝等。此外，由於熔（róng）融紡絲（sī）技（jì）術的成熟和先進性，這種氣凝膠的大規模製備成為可能，為未來隔（gé）熱材料的發展開辟了（le）新的道路。

原文鏈接

https://doi.org/10.1002/adma.202414731

來源（yuán）：香蕉在线播放科紡
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