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内科大赛华征教授、付蕊副教授 AFM：超高径向弹性气凝胶纤维

高分子科技

2024-11-18

导读：气凝胶纤维在受到大幅度的径向挤压后能够及时从变形中恢复，并保持孔隙结构...

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将具有优异保温性能的纳米超多孔气凝胶材料加工成一维的纤维形态，被认为在个人热管理领域具有巨大的应用潜力。然而，如何应对外力的冲击，特别是其在使用过程中如何承受径向挤压而保持宏观形貌和微观结构的完整性仍然是制约气凝胶纤维发展的关键问题。

近期，内蒙古科技大学化学与化工学院赛华征教授和付蕊副教授团队创新性地合成了一种具有超高径向弹性的气凝胶纤维，实现气凝胶纤维在受到大幅度的径向挤压后能够及时从变形中恢复，并保持孔隙结构，达到稳定的保温效果。具体来说，本研究使用具有超细和超高纠缠度的细菌纤维素纳米纤维作为基底，采用热可逆的琼脂糖对其塑形，乙醇置换后经超临界干燥来获得气凝胶，再通过气相沉积的方法在气凝胶纤维内部纤细柔软的纳米骨架上形成一层等形包覆的刚性二氧化硅涂层。这里不仅实现了柔性骨架刚性涂层的有效结合，且刚性涂层的均匀分布使其在受到外力冲击时有效分散应力，确保了气凝胶纤维在受到径向挤压后仍能有效回弹而不碎裂。

图1 气凝胶纤维的制备过程及保温性能和力学性能示意图

结果表明，气凝胶纤维在径向被压缩90%后仍能有效回弹，且循环50次后仅有12%的不可恢复形变，呈现了优异的抗疲劳性能。这是迄今为止报道的纳米多孔气凝胶纤维的最高径向弹性。此外，该材料具有高孔隙率（>98%），低导热系数（0.026 W m⁻¹ K⁻¹），理想的疏水性（>135°）和优异的柔韧性。其优异的机械性能使其具有可纺性，在外力作用下能最大限度地保持其孔隙结构，维持其良好的保温性能，满足日常的穿着需要。

图2 气凝胶纤维的力学性能表征

图3 气凝胶纤维的柔韧性

图4 气凝胶纤维的保温隔热性能

该工作以“Ultra-High Radial Elastic Aerogel Fibers for Thermal Insulation Textile”为题发表于《Advanced Functional Materials》。内蒙古科技大学化学与化工学院硕士研究生王珈惠为第一作者，化学与化工学院赛华征教授和付蕊副教授为共同通讯作者，内蒙古科技大学为唯一完成单位。该研究得到国家自然科学基金（52164013,22466028）、中央引导地方科技发展基金（2023ZY0022）、内蒙古自治区科技计划（2020GG0152, 2022YFHH0032）和内蒙古科技大学基本科研业务费的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202417873

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