研究背景
當(dāng)具有優(yōu)異隔熱性能的納米多孔氣凝膠被加工成一維纖維時(shí)，它們在個(gè)人熱管理領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，氣凝膠纖維在使用過程中如何承受外力沖擊，特別是徑向擠壓而保持宏觀形貌和微觀結(jié)構(gòu)的完整性，仍是氣凝膠纖維發(fā)展方面亟待解決的問題。
成果簡介
內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，在賽華征教授和付蕊副教授的帶領(lǐng)下，取得了一項(xiàng)令人矚目的科研成果。他們成功地合成了一種全新的氣凝膠纖維，這種纖維具有超高的徑向彈性，能夠在經(jīng)歷大幅度的徑向擠壓后迅速恢復(fù)原形，同時(shí)保持其孔隙結(jié)構(gòu)，從而確保穩(wěn)定的保溫效果。
這項(xiàng)研究的核心在于采用了超細(xì)且超高糾纏度的細(xì)菌纖維素納米纖維作為基礎(chǔ)材料。這種獨(dú)特的納米纖維不僅提供了纖維的基本結(jié)構(gòu)，還因其超高的糾纏度而增強(qiáng)了纖維的強(qiáng)度和韌性。為了進(jìn)一步塑造和優(yōu)化這種基礎(chǔ)材料，研究團(tuán)隊(duì)引入了熱可逆的瓊脂糖進(jìn)行塑形。通過這一步驟，他們能夠更精確地控制纖維的形狀和結(jié)構(gòu)。
在瓊脂糖塑形后，研究團(tuán)隊(duì)使用乙醇進(jìn)行置換，并通過超臨界干燥技術(shù)獲得了氣凝膠。這一步驟是制備氣凝膠纖維的關(guān)鍵，因?yàn)樗_保了纖維內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定。隨后，團(tuán)隊(duì)通過氣相沉積的方法，在氣凝膠纖維內(nèi)部纖細(xì)柔軟的納米骨架上均勻地形成了一層剛性二氧化硅涂層。這一涂層不僅增強(qiáng)了纖維的剛性，還因?yàn)槠渚鶆虻姆植级谑艿酵饬_擊時(shí)能夠有效地分散應(yīng)力，使得氣凝膠纖維在受到徑向擠壓時(shí)能夠迅速回彈而不碎裂。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種氣凝膠纖維在遭受高達(dá)90%的徑向壓縮后，依然能夠顯著回彈，并且在歷經(jīng)50次的壓縮循環(huán)后，其不可恢復(fù)的形變僅為12%，展現(xiàn)出了卓越的抗疲勞性能。這一成果代表了目前納米多孔氣凝膠纖維領(lǐng)域所報(bào)道的最高徑向彈性水平。
此外，該材料還具備其他多項(xiàng)顯著優(yōu)點(diǎn)：其孔隙率高達(dá)98%以上，確保了高效的保溫效果；導(dǎo)熱系數(shù)低至0.026 W m?1 K?1，進(jìn)一步強(qiáng)化了其保溫性能；同時(shí)，它還擁有超過135°的理想疏水角，表現(xiàn)出良好的防水性能。
得益于這些優(yōu)異的機(jī)械性能，該氣凝膠纖維具有良好的可紡性，這意味著它可以被輕松地編織成各種紡織品。更為重要的是，即便在外力作用下，它也能夠最大程度地保持其孔隙結(jié)構(gòu)，從而維持其卓越的保溫性能，完全能夠滿足人們?nèi)粘５拇┲枨蟆?/span>
該成果以“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。
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2880406589
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