來源 | Materials Today Communications

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背景介紹

氣凝膠具有密度小、孔隙率高、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點，是一種理想的保溫材料。環(huán)境與資源的矛盾也要求利用可再生資源開發(fā)氣凝膠。纖維素基氣凝膠除了具有傳統(tǒng)氣凝膠的優(yōu)點外，還具有生物相容性、環(huán)境友好性和可生物降解性，是最豐富的天然可再生資源，是一種受歡迎的可持續(xù)保溫材料。盡管許多研究取得了令人滿意的結(jié)果，但提高纖維素基氣凝膠的機械強度、熱穩(wěn)定性和多功能性仍然是一個挑戰(zhàn)。對不同制備方法的纖維素氣凝膠進(jìn)行了一些研究報道，但在上述研究中，纖維素氣凝膠的功能僅限于保溫，而纖維素固有的低導(dǎo)電性限制了其作為多功能氣凝膠的應(yīng)用。作為另一種重要的氣凝膠材料，碳基氣凝膠可以抑制骨架和孔隙中固體和氣體的熱傳導(dǎo)，減少輻射傳熱，使其具有超低密度、高熱穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)電性。但熱管理性能，包括焦耳加熱和光熱性能，在這些工作中很少討論。

02

成果掠影

近期，大連理工大學(xué)王海針對用于熱管理的可再生的氣凝膠多功能材料取得最新進(jìn)展。近期，大連理工大學(xué)王海針對用于熱管理的可再生的氣凝膠多功能材料取得最新進(jìn)展。該文將羧化纖維素納米纖維(CCNF)與碳納米管(CNT)、氧化石墨烯(GO)或碳纖維(CF)通過定向冷凍法制備了一系列纖維素和納米碳復(fù)合氣凝膠。雙向冷凍的CCNF/納米碳?xì)饽z由于水平和垂直溫度梯度誘導(dǎo)的橋結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出更高的抗壓強度。同時，雙向冷凍的CCNF/碳?xì)饽z的導(dǎo)熱系數(shù)也低至0.0308 W/(mK)；煅燒后增大至0.0388 W/(mK)。CCNF基質(zhì)中分散的線性碳材料CF和碳納米管導(dǎo)致了CCNF/納米碳?xì)饽z的熱電、焦耳加熱和光熱性能，煅燒也促進(jìn)了這些性能。CCNF/納米碳?xì)饽z的Seebeck系數(shù)為0.027 ~ 0.067 mV/K，高溫處理后形成的碳網(wǎng)更加均勻，Seebeck系數(shù)為0.037 ~ 0.044 mV/K。5 ~ 15 V的輸入電壓可使復(fù)合氣凝膠煅燒后溫度升高62 ~ 303℃。功率為0.3 W的激光可以使復(fù)合氣凝膠在幾秒鐘內(nèi)快速升溫至200℃。這些類型的CCNF/納米碳基復(fù)合氣凝膠具有良好的熱管理能力，包括隔熱、熱電、電和光感應(yīng)加熱，是多功能氣凝膠的良好候選材料。研究成果以“Cellulose/Nanocarbon Composite based Multifunctional Aerogels for Thermal Management”為題發(fā)表于《Materials Today Communications》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1.單向和雙向凍結(jié)示意圖。

圖2. (a-i) CCNF/碳納米材料氣凝膠的數(shù)字圖像和(m和n) CCNF/碳納米材料氣凝膠煅燒后的氣凝膠。

圖3. CCNF/碳納米材料氣凝膠的SEM圖像。

圖4. 氣凝膠的力學(xué)性能。

圖5. ΔT-stable的CCNF/碳納米材料氣凝膠在200℃。

圖6. 碳?xì)饽z在100℃，150℃和200℃下的ΔT-stable。

圖7. (a-c) C15T2-B， (d-f) C15T2-B- cal氣凝膠在5V、10 V和15V電壓下的熱紅外圖像，(g-i) C15F2-B-Cal在5V、10 V和15V電壓下的熱紅外圖像。

END

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