發布時間：2024-12-10 13:34:38 人氣：0次
人類是吸熱恒溫動物，要維持體內溫度才能（néng）維持生命。然（rán）而，在極端環境中，如嚴寒的冬天，人類的生理適應能力是非常（cháng）有限的。從古代的（de）動物皮毛到現（xiàn）代的合成保溫材料，科技進（jìn）步為人（rén）類提供了（le）在（zài）惡劣（liè）環（huán）境中生存的可能性。氣凝（níng）膠因（yīn）其極低的密度和獨特的（de）孔隙結構，在隔熱（rè）材料領域收到廣泛（fàn）關注。但由於傳統氣凝膠的機械結構不穩定性，限製了（le）實際的應用（yòng）範圍。朱（zhū）美芳院士團隊開發的氣凝膠具有大（dà）而（ér）均勻的長度與直徑，作為構建（jiàn）塊，通過冷凍成型技術將其組裝成具有波紋片層結構的氣凝膠（jiāo）氈（zhān）。這（zhè）些氣凝膠具有優異的機械性（xìng）能（néng），可以滿足織物的彈性和舒適性需求（qiú），還具有自清（qīng）潔、防水、透氣和阻燃的特性（xìng），適用於極端環（huán）境中的應用要（yào）求。
圖1. PPS（聚苯硫醚）超細纖維的製備流程
采（cǎi）用海島型熔紡技（jì）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，通過多個步驟逐步縮小纖維直徑，得到高長徑比的連續超細纖（xiān）維。這些纖維具有極細的直徑（約1微（wēi）米）。隨著拉伸比（bǐ）的增加，纖維的分子（zǐ）鏈取向逐步有序（xù）化，並形成高（gāo）結晶度的（de）結構。這種高結晶（jīng）度在纖維的力學強度上發揮了重要（yào）作用，使得（dé）最終材料具備優異的機械性能。
圖2. LFFAs的基本結構特征和機械柔韌性
LFFA具有極低的密度，僅有6.4mg cm3，展示了其輕質（zhì）特性，例如可以輕（qīng）鬆懸停在花朵上（如圖2）。通過冷凍成型（xíng），可以製得不同的幾何形狀的LFFA，如塊狀和纖（xiān）維狀，且LFFAs的具有極高（gāo）的柔性，例如可被捏合、打結且無損壞。這些（xiē）特性（xìng）主要得益於材料內部的三維纖維網絡結（jié）構，該結構在提供穩定（dìng）支撐的同時又具備柔韌性。在SEM圖中可以看到LFFAs的（de）層狀和（hé）開放式孔隙網絡，這種結構為LFFAs提供了良好的透氣性和隔熱性能（néng），同時增強了材料的（de）可加工性（xìng）。
圖3. LFFAS的彈性（xìng）機械（xiè）性能
通過（guò）一係（xì）列力（lì）學測試（如圖3）表明LFFAs在拉伸和壓縮下的出色彈性和耐久性。例如LFFAS可以在25%的拉伸下保持彈性（xìng）恢複性，表（biǎo）現出優異的（de）拉伸性能。在壓縮應變測（cè）試中，可以承（chéng）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次壓（yā）縮循（xún）環後（hòu）仍能保持（chí）良好的疲勞（láo）耐久性（xìng），這表明LFFAs在多次使（shǐ）用或（huò）長時間（jiān）負荷下具有穩定性。這些氣凝（níng）膠的優異機械性能，可（kě）以滿足織物的彈性和舒適（shì）性需求，包括超強的柔（róu）韌性。
圖4. 多功能隔熱氣凝膠（jiāo）的特性
通過接觸角測試展示了材料的超疏（shū）水特性（接觸角達到154°），並且能夠自清潔，在水流下輕鬆去除表麵灰塵和汙（wū）漬。具有優異的透氣性，可有效防止液態（tài）水滲透，同時允許水蒸氣逸出，適合於濕度較高的環境。在阻燃（rán）性能測試中，材料達到V0級（jí）阻燃等級，展示了在火焰接觸下的自熄性和（hé）高熱穩定性（xìng），能夠（gòu）在緊急情（qíng）況下提供額外的防（fáng）護。所得的氣凝膠毛氈服裝表現出優異的隔熱性能，接近於幹燥空氣的（de）隔（gé）熱性能，其厚度僅為具有類似隔熱性能（néng）的羽（yǔ）絨服的三分之一。（如圖4）
綜上，這項研究成功（gōng）地解決了氣凝膠在實際應用中的機械脆弱性和結構不穩定性問題。通過海島熔融紡絲技術製備的超細（xì）纖（xiān）維，構建了一種新型的氣凝膠結構，這種結構不僅具有（yǒu）出色的機械性能，還具備了舒適性、自清（qīng）潔性、防水性（xìng）、透氣性和阻燃性。這（zhè）些特性使得氣凝膠服裝在極端（duān）環境下的保溫領域具有廣泛（fàn）的應用潛（qián）力（lì），如日常保暖、戶外運動和緊急救援特殊服裝等。此外，由（yóu）於熔融紡絲技術的成熟和先進性，這種氣凝膠的大規模製備成為可能，為未來隔熱材料的發展開辟了新的道路。
原文鏈接
https://doi.org/10.1002/adma.202414731
來源（yuán）：颯（sà）卓科紡
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