多孔氣凝膠
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-22
多孔氣凝膠的實例教程
來源 | ACS Nano
01
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。
02
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。
展開 來自韓國科學技術高級研究院等單位的研究人員，引入一種新型多孔Cu/Cu2O氣凝膠網絡，以提高電催化CO2RR的乙醇產率。氣凝膠是由前驅體和還原劑進行簡單的化學氧化還原反應合成的。CO2RR實驗結果表明，Cu/Cu2O氣凝膠以乙醇為主要產物，其法拉第效率(FEEtOH)為41.2%，部分電流密度(JEtOH)為32.55 mA cm?2。這是迄今為止報道的最好的乙醇電合成性能。電子顯微鏡和電化學分析結果表明，乙醇電合成性能的顯著提高歸因于大量Cu0-Cu+界面和高比表面積的聚合多孔氣凝膠網絡結構的局部pH的提高。相關成果發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202102142
圖1.Cu/Cu2O氣凝膠的合成和結構
圖2.Cu和Cu2O對Cu0-Cu+界面的表征
圖3.氫電池反應器中的電催化二氧化碳轉化性能。
圖4.GDE在流動電池反應器中的應用
圖5.乙醇電合成性能與以前的研究和提出的機理的比較。
綜上所述，本文開發了一種用于CO2電合成乙醇的Cu/Cu2O氣凝膠催化劑。在?1.1V時，Cu/Cu2O氣凝膠具有較高的產率(JEtOH=32.55mA cm-2)和C2產物選擇性(FEEtOH≈41.2%，FeC2H4≈39.6%)。Cu0-Cu+界面在多孔氣凝膠上的密集分布和較高的比表面積對提高電催化CO2RR的性能起著至關重要的作用。
展開 新興的氣凝膠纖維/織物繼承了氣凝膠的三維多孔結構和纖維的柔韌性，以其輕質、高孔隙率和多集成功能在智能溫控紡織品中顯示出巨大的潛力。高孔隙結構可以使氣凝膠纖維具有較低的導熱系數(23-50 mW/mK)，極大地抑制了熱損失。因此，氣凝膠纖維及其復合織物在個人熱管理方面顯示出巨大的潛力。
目前，已經開發了幾種具有不同功能的氣凝膠纖維，與其他有機或無機氣凝膠纖維相比，PI氣凝膠纖維具有良好的耐溫性和優異的力學性能，在大范圍溫度下的熱管理紡織品中顯示出相當大的潛力。然而，目前所有策略都需要在紡絲后進行后處理，如超臨界干燥或冷凍干燥，以保持氣凝膠纖維的高度多孔結構，這是費時且成本高的。通過常壓干燥快速制備PI氣凝膠纖維仍然是一個巨大的挑戰。
通常，氣凝膠纖維是通過噴絲管擠出、溶膠-凝膠轉變和超臨界/冷凍干燥工藝制備的。溶膠-凝膠過程對于形成典型的三維多孔氣凝膠結構至關重要。制備連續氣凝膠纖維存在溶膠-凝膠過渡和干燥兩個主要障礙。高性能氣凝膠纖維的高通量制備面臨以下挑戰：(1)實現紡絲溶液的快速動態溶膠-凝膠轉變；(2)構建高強度凝膠骨架并有效避免骨架在干燥過程中坍塌。
02
成果掠影
近日，江南大學劉天西和樊瑋團隊報道了一種快速和可擴展的交聯聚酰亞胺(CPI)氣凝膠纖維的制造策略。該方法是通過濕紡絲和紫外線增強動態凝膠策略進行環境壓力干燥。該策略使光敏聚酰亞胺的溶膠-凝膠快速轉變，產生強交聯凝膠骨架，有效地保持纖維形狀和多孔納米結構。該方法可在7 h內連續生產出長度達數百米的高比模量(390.9 kN m/kg)的CPI氣凝膠纖維，比以往的方法(>48 h)效率更高。此外，CPI氣凝膠織物的隔熱性能與羽絨幾乎相同，但厚度約為羽絨的1/8。
展開 礦棉、木纖維、玻璃纖維、多孔芳綸纖維和市售的膨脹隔熱泡沫等聚苯乙烯(EPS)和聚氨酯(PU)泡沫是用于保溫的常規材料。然而，它們的導熱系數高于空氣，從而限制了它們的應用。
三維(3D)多孔氣凝膠由于其低密度和高孔隙率而被設想為潛在的絕緣材料。其中常用的是陶瓷基氣凝膠和聚合物基氣凝膠。另一方面，聚合物氣凝膠比硅基氣凝膠具有更高的延展性，但其導熱系數通常高于空氣。目前隔熱材料通常用于降低建筑物的能源消耗。大多數商用產品在白天的熱導率低，絕緣性能差，太陽光反射率和熱發射率小。在同一種材料中實現所有特性是非常具有挑戰性的。
02
成果掠影
近期，香港科技大學Jang-Kyo Kim聯合香港理工大學沈曦教授在隔熱氣凝膠材料方面的研究取得新進展。該團隊采用單向冷凍鑄造技術制備了各向異性氮化硼納米片(BNNs)/聚乙烯醇復合氣凝膠。與傳統SiO2或Al2O3基氣凝膠中相互連接的各向同性納米顆粒形成的開孔結構不同，二維BNNS可以將氣凝膠分隔成獨立的細胞，有效減少空氣傳導和對流，從而實現超低導熱。得益于BNNs排列的多孔結構，具有最佳BNNS含量的復合氣凝膠在具有20.3 W/mK的超低導熱系數。此外，BNNS還具有高的折射率，遠高于傳統的SiO2(~1.47)和Al2O3(~1.77)納米粒子。BNNS的折射率與聚合物基體(~1.5)的折射率大不相同，這使得入射光在BNNS/基體界面處有效散射，從而獲得高太陽反射率。該復合氣凝膠在整個太陽光波長上具有95.0%的反射率，在大氣透明窗口內具有93%以上的高發射率。這些理想的特性使它們成為建筑物被動熱管理和熱防護罩以及其他需要高太陽輻照度保護的應用的有希望的材料。
展開 l) Bi L
3
邊緣的 XANES 光譜和 m) Bi 粉末、Bi
2
O 和 IL/Pd
50
Bi
1
氣凝膠的 EXAFS 光譜的 k
3
加權 χ(k) 函數。
圖2
a) N
2
物理吸附等溫線和 b) IL/Pd
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Bi
1
氣凝膠的孔徑分布。c) IL/Pd
50
Bi
1
、Pd50Bi1 和 IL/Pd 氣凝膠的 XRD 譜。d) 所獲得的 IL/Pd50Bi1 和 Pd
50
Bi
1
氣凝膠和 IL 的 FT-IR 光譜。e) IL/Pd
50
Bi
1
和 Pd
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Bi
1
氣凝膠的 Pd 3d 區域和 f) IL/Pd
50
Bi
1
、Pd
50
Bi
1
和 IL/Pd 氣凝膠的 Bi 4f 區域的 XPS。
圖3
IL/Pd、IL/Pd
50
Bi
1
和 Pd
50
Bi
1
氣凝膠和商用 Pd/C 催化劑在 N
2
飽和的 1.0 m KOH 水溶液中的 CV 曲線 a) 沒有和 b) 有 1.0 m 乙醇，掃描速率為 50 mV s
-1
。c) 之前報道的各種 EOR 催化劑的質量活性比較。d) 上述不同催化劑在 -0.3 V 的 1.0 m KOH +1.0 m 乙醇溶液中的電流密度-時間曲線。e) CO 汽提曲線和 f) IL/Pd、IL/Pd
50
Bi
1
和 Pd
50
Bi
1
氣凝膠的 EIS 曲線和商用Pd/C催化劑。
圖4
a) IL/Pd 和 IL/Pd
50
Bi
1
氣凝膠 EOR 測試前后電解質的 1H NMR 分析。
展開 
多孔氣凝膠的最新內容
█展品范圍：
工業鉆石、超硬材料及制品展區
1、工業鉆石應用端：培育鉆石、金剛石晶體、金剛石復合材料、金剛石微粉及磨料、金剛線、金剛石薄膜和厚膜 /DLC 涂層、氧化鋁、石墨負極材料、硅碳負極、碳納米管、碳納米管纖維、碳纖維及碳纖維復合材料、炭/炭復合材料、活性炭、超級電容炭、多孔碳、碳氣凝膠、碳分子篩、碳化硅半導體材料、富勒烯、立方氮化硼及其微粉、PDC、PCD、PCBN、CVD 金剛石、
來源 | Small
作者 | 苗沐霖博士
香港城市大學呂堅院士團隊最新發表在Small期刊上的題目為 “3D-Printed Mullite-Reinforced SiC-Based Aerogel Composites” 的文章，制備出了具有優異力學性能且可以實現精確熱管理功能的碳化硅氣凝膠復合材料。具有這種結構的氣凝膠復合材料可用于汽車電池或精密器件
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成果掠影
近期，東華大學張禮穎團隊針對如何制備較小體積收縮率的多孔PI氣凝膠取得最新進展。采用超聲冷凍干燥實現了PINF氣凝膠多級孔結構的調控。多級微孔結構由從PINF網中去除冰晶引起的相互連接的初級孔和PNIF網格中的次級孔組合形成。納米纖維氣凝膠獨特的多孔3D網絡提供了良好的阻抗匹配特性，并增強了電磁波的多次反射和散射。
然而，目前所有策略都需要在紡絲后進行后處理，如超臨界干燥或冷凍干燥，以保持氣凝膠纖維的高度多孔結構，這是費時且成本高的。通過常壓干燥快速制備PI氣凝膠纖維仍然是一個巨大的挑戰。
通常，氣凝膠纖維是通過噴絲管擠出、溶膠-凝膠轉變和超臨界/冷凍干燥工藝制備的。溶膠-凝膠過程對于形成典型的三維多孔氣凝膠結構至關重要。制備連續氣凝膠纖維存在溶膠-凝膠過渡和干燥兩個主要障礙。
來源 | ACS Applied Materials & Interface
00
背景介紹
由于氣凝膠在航空航天工業、軍事行動和靠近火源等惡劣環境領域的應用潛力，其高溫熱防護受到了研究人員的廣泛關注。特別是，聚酰亞胺、酚醛、芳綸等有機氣凝膠由于其低密度而非常有利，其中具有高炭產率的酚醛樹脂氣凝膠(PRA)作為一種有能力的燒蝕劑很受歡迎，為了在高機械應力和高熱載荷條件下獲得更好的力學性能
來源 | 中科潤資公眾號
近日，中科潤資通過前驅體金屬氧化物注入、控制濕凝膠介孔成型， 并調整纖維載體成分和直徑比例分布，優化惰性氣體置換條件等技術措施，成功將硅系纖維氣凝膠復合材料在高溫段（500℃）的導熱系數降低至0.044w/m·k（穩態熱防護板法 GB/T 10294-2008，ASTM C177-19），并滿足在1300℃時長效穩定絕熱，達到世界領先水平
氣凝膠作為眾所周知的多孔固體納米材料，具有極低密度、超低導熱系數、高比表面積、強吸附能力等特點，已發展成為一種理想的材料家族，應用于隔熱、儲能、催化、傳感器、環境修復等各種新興領域。氣凝膠粉、氣凝膠氈、氣凝膠纖維、氣凝膠膜、氣凝膠單體等結構簡單的氣凝膠已經得到了大量的研究，但迫切需要具有復雜結構的氣凝膠來突破性能極限，拓展應用領域。
來源 | ACS Nano
01
背景介紹
在日常生活中，保持體溫對人類的生存至關重要，特別是對于長時間暴露在寒冷和多風環境中的人，如高海拔地區的士兵和工人。如纖維、金屬、氣凝膠、泡沫等各種先進材料已被用于保溫，防止人體的熱量損失。特別是氣凝膠，其熱導率低至15 mW/mK，表現出優越的保溫能力。這種優異的性能可歸因于高孔隙率(>90%)、相互連接的多孔納米結構和孔徑低于氣體分子的平均自由程
基于MXene的多孔泡沫和氣凝膠由于其輕質、高孔隙度、低密度和良好的導電性而引起了人們的極大興趣。
2.1 MXene/生物質基多孔材料
多孔材料的電磁干擾屏蔽性能可進一步提高或智能控制，得益于孔隙結構的可控。因此，設計和制備具有排列孔結構的多孔材料具有重要意義。
來源 | Advanced Materials
01
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
