來源 | ACS Nano

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背景介紹

氣凝膠纖維是一類典型的新材料，由于其具有高孔隙率、低導熱性和低密度等優異特性，近年來受到越來越多的關注。這些特性為納米多孔氣凝膠纖維在隔熱、可穿戴織物、電磁屏蔽、傳熱裝置等領域的應用提供了廣闊的前景。但是，高孔隙率使得納米多孔氣凝膠纖維本能地表現出較差的力學性能。然而，要克服納米多孔氣凝膠纖維因其高孔隙率而帶來的脆弱力學特性，以便賦予其卓越的強度和高韌性，仍然是一個充滿挑戰性的難題。通過定向致密化和碳化，具有優先構建塊取向的層狀芳綸納米纖維/碳納米管雜化氣凝膠膜的機械強度和電導率都得到了顯著提高此外，相對于孔隙隨機分布的纖維素氣凝膠，具有高各向異性的纖維素塊狀氣凝膠經定向冷凍干燥后的力學性能得到了顯著提高。因此，納米多孔氣凝膠纖維的納米結構取向排列可能是獲得更好的力學性能的有效途徑。

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成果掠影

近期，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同研究員針對要克服納米多孔氣凝膠纖維因其高孔隙率而帶來的脆弱力學特性的問題取得最新進展。該文報道了超韌氣凝膠纖維(SAFs)最初是由離子液體解離纖維素通過濕紡絲和超臨界干燥順序開始制備的。所制得的纖維素納米多孔氣凝膠纖維具有卓越的性能，包括高比表面積(372 m2 /g)、良好的機械強度(30 MPa)和高伸長率(107%)。得益于其高強度和伸長率，合成的纖維素納米多孔氣凝膠纖維顯示出高達21.85 MJ/m3的超高韌性，遠遠優于文獻中已知的氣凝膠材料。由于其良好的機械性能和高韌性，這些纖維還表現出極佳的可編織性，編織產品表現出卓越的隔熱性能和出色的瞬態沖擊防護性能，可應用于可穿戴設備、輕質隔熱材料和其他新興領域。這項工作為設計和制備強韌納米多孔氣凝膠纖維提供了重要的指導。研究成果以“Ionic Liquid Directed Spinning of Cellulose Aerogel Fibers with Superb Toughness for Weaved Thermal Insulation and Transient Impact Protection”為題發表于《ACS Nano》。

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圖文導讀

圖1.超韌纖維素氣凝膠纖維制備及與傳統氣凝膠纖維韌性對比示意圖。

圖2.纖維素的溶解機理以及纖維素水凝膠纖維的性能表征。

圖3.超韌纖維素氣凝膠纖維的形貌和性能表征。

圖4.超韌纖維素氣凝膠纖維的超韌機理。

圖5.超韌纖維素氣凝膠纖維在織物保溫和沖擊防護等領域的應用。

END

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