來源 | Advanced Materials

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背景介紹

纖維是一種豐富多樣的材料，天然纖維如頭發、羊毛和棉花可以追溯到古代，而合成纖維如聚酯、尼龍和丙烯酸纖維現在被廣泛使用。其優異的可編織性和可加工性使其適用于智能傳感，電磁屏蔽，生物抗菌劑和隔熱領域。具有新穎結構和功能的現代纖維(如中空纖維，微纖維，和羽絨纖維)由于其高表面積和高纖維間/纖維內的空氣保持性而成為保暖織物的首選。這些特性可以超越傳統制造方法生產的動物、植物或無孔纖維的性能極限。與無孔纖維相比，這些創新纖維具有獨特的孔隙結構，可以增強保溫性。然而，在實現最佳絕緣性能方面仍然存在挑戰。因此，開發具有高孔隙體積和低導熱系數的氣凝膠纖維是理想的用于個人隔熱和調節的熱調節材料。

氣凝膠是一種具有多孔結構和大表面積的材料。近年來，氣凝膠纖維作為理想的高多孔性絕緣纖維的出現引發了大量的研究，產生了各種氣凝膠纖維的設計和生產。由氣凝膠纖維編織的織物具有優異的性能，如優異的透氣性和隔熱性。盡管進行了廣泛的研究，但在實現具有豐富納米孔結構的高度穩定和可擴展的氣凝膠纖維制造方面仍然存在挑戰。

此外，氣凝膠纖維必須滿足個人熱管理(PTM)的舒適性和輕質性的基本標準，同時通過提供抵抗極端環境危害的能力為穿戴者提供附加價值。為了滿足這些需求，人們探索了多功能氣凝膠纖維的發展，旨在滿足日益增長的多功能需求，如阻燃、傳感和環境適應。然而，使用通用的制造方法設計功能化的高性能聚合物氣凝膠纖維仍然是一個艱巨的挑戰。

02

成果掠影

近期，中國科學院蘇州納米所王錦等與東南大學孫正明/張培根團隊合作針對開發具有優異隔熱性的可穿戴氣凝膠纖維織物取得最新進展。本文提出了一種使用交聯納米纖維構建塊創建聚合物氣凝膠纖維的通用策略。這種方法結合了受控質子吸收膠凝紡絲和熱誘導交聯過程。作為概念驗證，設計并合成了具有強大熱穩定性(高達650°C)、高阻燃性(極限氧指數54.2%)和極耐化學性的Zylon氣凝膠纖維。這些纖維具有高孔隙率(98.6%)、高斷裂強度(8.6 MPa)和低導熱系數(0.036 W/mK)。這些氣凝膠纖維可以打結或編織成紡織品，在惡劣環境(-196 ~ 400°C)中使用，并表現出敏感的自供電傳感能力。這種開發氣凝膠纖維的方法擴大了高性能聚合物纖維的應用范圍，在未來可穿戴智能防護織物的應用中具有很大的潛力。研究成果以“Robust and Flame-Retardant Zylon Aerogel Fibers for Wearable Thermal Insulation and Sensing in Harsh Environment”為題發表于《Advanced Materials》。

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圖文導讀

圖1.CPAGS-HIC策略合成HZAF及其隔熱和傳感應用示意圖。

圖2. HZAF的光學照片及結構表征。

圖3. HZAF的結構與表征。

圖4. 抗極端條件的HZAF。

圖5. HZAFs織物的傳感和絕緣性能。

圖6. 通過CPAGS策略構建不同類型的高性能氣凝膠纖維。

END

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