發布時間：2024-12-10 13:34:38 人氣：0次
人類（lèi）是吸熱恒溫動（dòng）物，要維持體內溫（wēn）度才能維持生命。然而，在極端環境（jìng）中，如嚴寒（hán）的冬天，人類的生理適應（yīng）能力是非常有限的（de）。從古代的動物皮毛到現代（dài）的合成保（bǎo）溫材料，科技進（jìn）步為人類提供了在惡劣環境中生存（cún）的可能性。氣凝膠因其極（jí）低的（de）密度和獨特的孔隙結構，在隔（gé）熱材料領（lǐng）域收到廣泛關注。但（dàn）由於傳統氣凝膠的機械（xiè）結構不穩定性，限製了實際的應用範圍。朱美芳院士團隊開發（fā）的氣凝膠具有大而均（jun1）勻的長度與直徑，作為構（gòu）建（jiàn）塊，通過冷凍成型技術（shù）將其組裝成具有波紋片層結構的氣凝膠氈。這些氣凝膠具有優異的機械性能，可以滿足（zú）織（zhī）物的彈性和舒適性需求，還具（jù）有自清潔、防水、透氣和阻燃的特性，適用（yòng）於（yú）極端環境（jìng）中的（de）應（yīng）用要求。
圖1. PPS（聚苯硫（liú）醚）超細纖維的製備流程
采（cǎi）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（róng）融紡絲，通過多個步驟逐步縮小纖維直徑，得到（dào）高長（zhǎng）徑比的連續（xù）超細（xì）纖維。這些纖維具有極細的直（zhí）徑（約1微米）。隨著拉伸比的增加，纖維的（de）分子鏈取向（xiàng）逐步有序化，並形成高結晶度（dù）的結構。這種高結晶度在纖維的力學強度上發（fā）揮了重要作用，使得最終材（cái）料具備優異的機械性能。
圖2. LFFAs的基本（běn）結構（gòu）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（yǐ）輕鬆懸停在花朵上（如圖（tú）2）。通過冷凍成型，可以製得不（bú）同的幾何形狀的LFFA，如塊狀和纖維狀，且LFFAs的具有極高的（de）柔性，例如可被捏合、打結且（qiě）無損（sǔn）壞。這些特性主要得益於材料內部（bù）的三維纖維網絡結構，該結構在提供穩定支撐的同時又具（jù）備柔韌性。在SEM圖中可以看到LFFAs的層狀和（hé）開放式孔隙網絡，這（zhè）種結構為LFFAs提供了良好的透氣（qì）性（xìng）和隔熱性能，同時增強了材料的可加工（gōng）性（xìng）。
圖3. LFFAS的彈性（xìng）機械性能
通過一係列力學測試（如圖3）表明LFFAs在（zài）拉伸和壓縮下的出色彈性和（hé）耐久性。例如LFFAS可以在25%的拉伸下保持彈性（xìng）恢複性，表現出優異的（de）拉（lā）伸性能。在壓縮應變測試（shì）中，可以承受高達95%的壓縮應變並恢複到（dào）原始（shǐ）形狀，具有極高的（de）恢複性。LFFAS在經過10000次壓縮循環後仍能保持良好的疲勞耐（nài）久性，這表明LFFAs在多次使用或長時間負荷下具有穩定性（xìng）。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）超強的（de）柔韌性。
圖4. 多功能隔（gé）熱氣凝（níng）膠的特性
通過接觸角（jiǎo）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（jié），在水流下輕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（tài）水滲透，同時允許水蒸氣逸出（chū），適合於濕（shī）度較高的環境。在阻燃性能測試中，材（cái）料達（dá）到V0級阻（zǔ）燃等級，展示了在火焰接觸（chù）下的自熄性和高熱穩定（dìng）性（xìng），能夠在緊急情況下提（tí）供額外的防護。所得的氣凝（níng）膠毛氈服裝表現出優異的隔熱（rè）性（xìng）能，接（jiē）近於幹燥空氣的隔熱性能，其厚度僅為具有類似隔熱性能的羽絨（róng）服的三分之一。（如（rú）圖4）
綜上，這項（xiàng）研究成功地解決了氣凝膠在實際應用中的（de）機械脆弱性和結（jié）構不（bú）穩定性問題。通過海（hǎi）島（dǎo）熔融紡絲技術製備的超細（xì）纖維，構（gòu）建了一種新型的氣（qì）凝膠結構，這種結構不僅具（jù）有（yǒu）出（chū）色的機械性能，還具備了舒適性、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廣泛的應用潛力（lì），如日（rì）常保暖、戶外運動和緊急救援特殊服裝等。此外，由於熔融紡絲技術的成熟和先（xiān）進性，這種氣凝膠的大（dà）規模製備成為可能，為未來（lái）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：17c起草视频（zhuó）科紡
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