發（fā）布時間：2024-12-10 13:34:38 人氣（qì）：0次
人類是吸熱恒溫動物，要維持體內溫度才能維持生命。然而，在極端環境中，如嚴寒的冬（dōng）天，人類的（de）生理（lǐ）適應能（néng）力是非常有限的。從（cóng）古代的動（dòng）物皮毛到現代的合（hé）成保溫材料，科技進步為人（rén）類提供了（le）在惡劣環境中（zhōng）生存的可能（néng）性。氣凝膠因其極低的密度和獨（dú）特的孔隙結構，在隔熱材料領域收到廣泛（fàn）關注。但由於傳統氣凝膠的機械（xiè）結構不穩（wěn）定性，限製了（le）實際的應用範圍。朱美芳院（yuàn）士團隊開發的氣凝膠具有大而均勻的長（zhǎng）度與直（zhí）徑，作為（wéi）構建塊，通過冷凍成型技術（shù）將其組裝成具有波（bō）紋片層結構的氣凝膠氈。這些氣凝（níng）膠具有優異的機械性能，可以滿足織物的彈性和舒適性需求，還具有自清潔、防水、透氣和阻燃的特性，適用於極端環境中的應用要求。
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（róng）融紡絲，通過多（duō）個步驟（zhòu）逐步縮小纖維直徑，得到高長徑比（bǐ）的連續超細（xì）纖維（wéi）。這些纖維具有（yǒu）極細的直徑（約（yuē）1微米）。隨著拉伸比的增加，纖維的分子鏈取向逐步有（yǒu）序化，並（bìng）形成高結晶度的結（jié）構。這（zhè）種高結晶度在纖維的力學（xué）強度上（shàng）發揮了重（chóng）要作用，使得最終材料具備優異（yì）的機械性能。
圖2. LFFAs的基本結構特征和機械柔（róu）韌性
LFFA具有（yǒu）極低的密度，僅有6.4mg cm3，展示（shì）了其輕（qīng）質特性，例如可以輕鬆懸停在（zài）花朵上（如圖2）。通過冷凍成型，可以製得（dé）不同的幾何形狀的LFFA，如塊狀和纖維狀（zhuàng），且LFFAs的具有極高的柔性，例如可被捏合、打結且無損（sǔn）壞。這些特性主要得益於材料（liào）內部的三維纖（xiān）維網絡結構，該結構在提供穩定支撐的同時又具備柔韌性。在SEM圖中可以看到LFFAs的層狀和開放（fàng）式孔隙網絡（luò），這種結構為LFFAs提供（gòng）了良好的透氣性（xìng）和隔熱性能，同時增強了材料的可加工性。
圖3. LFFAS的彈性機械（xiè）性能
通過一係（xì）列力學測試（如圖3）表明LFFAs在拉伸和壓縮下的出色彈性（xìng）和耐久性。例如LFFAS可以在25%的拉伸下保持彈性恢複性，表現出優異的拉伸性能。在壓縮應變測試中，可以承受高達95%的壓縮應變並恢複到原始形狀，具有極高（gāo）的恢複性（xìng）。LFFAS在經過10000次壓（yā）縮循環（huán）後仍能（néng）保持良好的疲勞耐久性，這（zhè）表明LFFAs在多次使用或長時間負荷下具有穩定性。這些氣凝膠的優異（yì）機械性能，可以滿足織物的彈性（xìng）和舒（shū）適性需求，包括（kuò）超（chāo）強的（de）柔韌性。
圖（tú）4. 多功能隔熱氣凝膠的特性
通過接觸角測試展示了材料的（de）超疏水特性（接觸角達到154°），並且能夠自清潔，在水流（liú）下（xià）輕鬆去除表麵灰塵和汙漬。具有優（yōu）異的透氣性，可有效防止液態水滲透，同時允許水蒸氣逸出，適合於濕度（dù）較高的環境。在阻燃性能測試中，材料（liào）達到V0級阻燃等級，展示了（le）在火焰接觸下的自熄性和高熱穩定性，能夠在緊急情況下提供額外的防護。所得的氣凝膠毛氈服裝表現出優異的隔熱性能，接近於（yú）幹燥空氣的隔熱性（xìng）能，其厚度（dù）僅為具有類似隔熱性能的羽絨服的三分之一。（如圖4）
綜上，這項研究成（chéng）功地解（jiě）決了氣（qì）凝膠在實際（jì）應用中的機械脆弱性（xìng）和（hé）結構不穩定性問題。通過海島熔融紡絲技術（shù）製備的（de）超細纖維，構建了（le）一種新型的氣凝膠結構，這（zhè）種結構不僅具有出色（sè）的機械（xiè）性能，還具備了舒適性、自清潔性、防水性、透氣性和阻燃性。這（zhè）些特性使得氣凝膠服裝在極端環（huán）境（jìng）下的保溫領域具有廣泛的應用潛力，如日常保暖（nuǎn）、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（hé）先進性，這種氣凝膠（jiāo）的大規（guī）模製備（bèi）成為可能，為未來隔熱（rè）材料的發展開辟了新的道路。
原（yuán）文鏈接
https://doi.org/10.1002/adma.202414731
來源（yuán）：蜜桃视频科紡
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