發布時間：2024-12-10 13:34:38 人氣：0次
人類是（shì）吸熱恒溫動物，要維持體內溫度才能維（wéi）持生命。然而，在極端環境中，如嚴寒的冬天，人（rén）類的生理適應能力是非常有限的。從古代（dài）的動物皮毛到（dào）現代（dài）的合成保（bǎo）溫（wēn）材料，科技進步為人類提供（gòng）了在惡劣環境中生存的可能性。氣（qì）凝膠因其極低的（de）密度和（hé）獨特（tè）的（de）孔隙結構，在隔熱材料領域收到（dào）廣泛關注。但由於傳統氣凝膠的機械結構不穩（wěn）定性（xìng），限製了實（shí）際的應用範圍。朱美（měi）芳院士團（tuán）隊開發的氣凝膠具有大而均勻的長度與直徑，作為構建塊，通過（guò）冷凍（dòng）成型技術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（yǒu）優異的機械性能，可以滿（mǎn）足織物的彈性和舒適（shì）性（xìng）需求，還具有自清潔、防水、透氣和阻燃的特性（xìng），適用於極端環境中的應（yīng）用要求。
圖1. PPS（聚苯硫醚）超細（xì）纖維的製備流程
采用（yòng）海島型熔紡（fǎng）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（shuāng）組份熔融（róng）紡絲，通（tōng）過多個（gè）步驟逐步縮小（xiǎo）纖維直徑，得到高長徑比的連續超細纖維。這些纖維具有極（jí）細的直（zhí）徑（jìng）（約1微米）。隨著拉伸比的增（zēng）加，纖維的（de）分（fèn）子鏈取向逐步有序化，並形成高結（jié）晶度的結構。這種高結晶度在（zài）纖維的力學強度上發揮了重要作用，使得最（zuì）終材料具備優異的（de）機械性能。
圖2. LFFAs的基（jī）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（shì）了其輕質特性，例如可以輕鬆懸停在花朵上（如圖2）。通過冷凍成型，可以（yǐ）製得不同的幾何形（xíng）狀的LFFA，如塊狀和纖維狀，且LFFAs的具有極高的柔性，例如可被捏合、打結且無損壞。這些特性主要得益（yì）於材料（liào）內部的三維纖維網（wǎng）絡結構，該結構在提供穩定支撐的（de）同時（shí）又（yòu）具備柔韌性。在SEM圖（tú）中可以看到LFFAs的層狀和開放式孔隙網絡，這種結構為LFFAs提供了（le）良好的透氣性和隔熱性能，同時（shí）增強了（le）材料（liào）的可加工性。
圖3. LFFAS的彈性機械性能
通過一係列力學測試（如圖3）表明LFFAs在拉伸（shēn）和壓（yā）縮下的出色彈性（xìng）和耐久性。例如LFFAS可以在25%的拉（lā）伸（shēn）下保持（chí）彈性恢複性，表現出優異（yì）的拉伸性能。在壓縮應變測試中（zhōng），可以承受高（gāo）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）縮循環後仍能保持良好（hǎo）的疲勞耐久性，這表（biǎo）明LFFAs在多次使用（yòng）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和舒適性需求，包括超強（qiáng）的柔韌性。
圖4. 多（duō）功能隔熱氣凝膠的特性
通過（guò）接觸角測試展示了材料的超疏水特性（xìng）（接觸（chù）角達到154°），並且能夠自（zì）清潔，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（yǒu）效防止液態水滲透，同時允許水蒸氣逸出，適合（hé）於濕度較高的環境。在阻燃性能測試（shì）中，材料達到V0級阻燃等級，展（zhǎn）示了在火焰接觸下的自熄性和高熱穩定性，能夠在緊（jǐn）急情（qíng）況下提供額外的防（fáng）護。所得（dé）的氣凝膠毛氈服裝表現出優（yōu）異的隔熱性能，接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服（fú）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（yòng）中（zhōng）的機械脆弱性和結構不（bú）穩定性問題。通過海島（dǎo）熔融紡絲技術製備的超細纖維，構建了一種（zhǒng）新型（xíng）的氣凝膠結構，這種結構不僅具有出（chū）色的（de）機械性能，還具備了舒適性、自清潔性、防水性、透氣性和阻燃性。這些特（tè）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，如日常保（bǎo）暖、戶外運（yùn）動和緊急救援特殊服裝等。此外，由於熔融紡（fǎng）絲技術的成熟和先（xiān）進性，這種氣凝膠的（de）大規模（mó）製備成為可能，為未來隔熱材料的發展開辟了（le）新的道路。
原文鏈接
https://doi.org/10.1002/adma.202414731
來源：色老头在线一区二区三区（zhuó）科紡
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