近日，東華大學纖維材料改性國家重點實驗室、材料科學與工程學院成艷華及朱美芳教授研究團隊在功能及智能纖維材料領域取得了最新研究進展，相關工作以 “Stiff–Soft” Binary Synergistic Aerogels with Super?exibility and High Thermal Insulation Performance為題，發表于《Advanced Functional Materials》, 該論文第一作者是東華大學材料學院博士研究生張君妍，其他作者包括材料學院18屆碩士Mike Tebytekerwa，18屆博士孟思、美國UCLA盧云峰教授（美國總統青年獎獲得者）。材料學院青年教師成艷華博士和朱美芳教授為共同通訊作者。

近年來，研究小組以功能性納米材料或聚集誘導發光（AIE）有機分子為構筑單元，通過物理或化學鍵誘導其與高分子網絡異質組裝，以功能為導向，基于復雜功能體系的微結構仿生構筑，通過“分子設計-微觀結構-宏觀性能”多層級全鏈條設計，發展材料微觀三維結構設計調控新方法，獲得新一代功能纖維復合材料和智能柔性纖維器件（Mater. Horiz., 2019, 6, 405; Adv. Mater., 2017, 1703900; Adv. Funct. Mater., 2016, 9, 1338; Adv. Energy Mater., 2014, 141207; J. Mater. Chem. A, 2017, 27, 13944）。

（圖1.硅-纖維素復合氣凝膠制備流程及多級形貌圖）

基于研究組提出的有機無機多尺度多維度雜化理論和近年的工作基礎，圍繞國家新型戰略性材料發展，以輕質、柔性、高絕熱性材料為研究目標，將軟且韌的有機納米纖維引入硬且脆的無機硅網絡中，通過跨尺度（分子-納米-微米）結構設計，獲得宏觀具有高柔韌性和高絕熱性的纖維復合氣凝膠材料。多尺度“軟-硬”協同雜化策略如圖1：分子尺度上，采用低交聯密度的硅源增加硅網絡的韌性；納米尺度上，利用纖維素納米纖維和硅網絡界面間的強結合能力確保材料的機械完整性；微米尺度上，通過纖維橋聯復合網絡結構實現復合材料的高孔性和柔韌性。采用該策略設計的纖維復合氣凝膠在國防軍工、航空航天、能源管理、民用保暖等領域都有較為廣闊的應用前景。

（圖2. “軟-硬雜化”纖維復合氣凝膠（BC-Si）的拉伸穩定性及高柔性）

該納米纖維-硅復合氣凝膠具有極低的熱導率15.3 mW m?1 K?1，孔隙率高達93.6%，比表面積達660 m2g?1，可支撐起高于其本身質量4個數量級的重物，并可進行彎折，卷曲，折疊等，且能夠隨意裁剪（圖2）。基于柔性復合氣凝膠優異的絕熱性能（圖3），進一步，制備了具有電熱-絕熱一體化雙模式的高效熱管理器件，極大提高能量利用效率。基于纖維復合氣凝膠優異的疏水性和高度多孔性，這一材料還可以應用于環境污染物處理等重點領域。

（圖3.“軟-硬雜化”纖維復合氣凝膠的高絕熱性能）

該項工作得到了國家自然科學基金、上海市科技創新行動計劃、上海市自然科學基金（探索類）、國家重點研發計劃和教育部創新團隊等項目的聯合資助。

來源：高分子科學前沿