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內科大賽華征教授、付蕊副教授 AFM：超高徑向彈性氣凝膠纖維

2024-11-18 來源：高分子科技

將具有優異保溫性能的納米超多孔氣凝膠材料加工成一維的纖維形態，被認為在個人熱管理領域具有巨大的應用潛力。然而，如何應對外力的沖擊，特別是其在使用過程中如何承受徑向擠壓而保持宏觀形貌和微觀結構的完整性仍然是制約氣凝膠纖維發展的關鍵問題。

近期，內蒙古科技大學化學與化工學院賽華征教授和付蕊副教授團隊創新性地合成了一種具有超高徑向彈性的氣凝膠纖維，實現氣凝膠纖維在受到大幅度的徑向擠壓后能夠及時從變形中恢復，并保持孔隙結構，達到穩定的保溫效果。具體來說，本研究使用具有超細和超高糾纏度的細菌纖維素納米纖維作為基底，采用熱可逆的瓊脂糖對其塑形，乙醇置換后經超臨界干燥來獲得氣凝膠，再通過氣相沉積的方法在氣凝膠纖維內部纖細柔軟的納米骨架上形成一層等形包覆的剛性二氧化硅涂層。這里不僅實現了柔性骨架剛性涂層的有效結合，且剛性涂層的均勻分布使其在受到外力沖擊時有效分散應力，確保了氣凝膠纖維在受到徑向擠壓后仍能有效回彈而不碎裂。

圖1 氣凝膠纖維的制備過程及保溫性能和力學性能示意圖

結果表明，氣凝膠纖維在徑向被壓縮90%后仍能有效回彈，且循環50次后僅有12%的不可恢復形變，呈現了優異的抗疲勞性能。這是迄今為止報道的納米多孔氣凝膠纖維的最高徑向彈性。此外，該材料具有高孔隙率（>98%），低導熱系數（0.026 W m^?1 K^?1），理想的疏水性（>135°）和優異的柔韌性。其優異的機械性能使其具有可紡性，在外力作用下能最大限度地保持其孔隙結構，維持其良好的保溫性能，滿足日常的穿著需要。

圖2 氣凝膠纖維的力學性能表征

圖3 氣凝膠纖維的柔韌性

圖4 氣凝膠纖維的保溫隔熱性能

該工作以“Ultra-High Radial Elastic Aerogel Fibers for Thermal Insulation Textile”為題發表于《Advanced Functional Materials》。內蒙古科技大學化學與化工學院碩士研究生王珈惠為第一作者，化學與化工學院賽華征教授和付蕊副教授為共同通訊作者，內蒙古科技大學為唯一完成單位。該研究得到國家自然科學基金（52164013,22466028）、中央引導地方科技發展基金（2023ZY0022）、內蒙古自治區科技計劃（2020GG0152, 2022YFHH0032）和內蒙古科技大學基本科研業務費的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202417873

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（責任編輯：xu）

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