發布時間：2024-12-10 13:34:38 人氣：0次
人類是吸熱恒溫動物，要維持體內溫度才能維持生命（mìng）。然而，在極端環（huán）境中，如嚴寒的冬天，人類（lèi）的生理適應能力是非常有限的。從古代的動物皮毛到現代的合成保溫（wēn）材料，科（kē）技進步為人類提供了在惡劣環（huán）境中生存的可能性。氣凝膠因其極低的密度（dù）和獨特的孔隙結構，在（zài）隔熱材料領域收到廣泛關注（zhù）。但由於傳統氣凝膠的機械（xiè）結構不穩定性，限製了實際的應用範圍。朱美（měi）芳院士團隊（duì）開發的氣凝膠具有大而均勻的長度與直徑，作為構建塊，通過冷凍成型技術將其（qí）組裝成具有波紋（wén）片層結構的氣凝（níng）膠氈。這些氣凝膠具有優異的機械性能，可以滿足織物的彈性和舒適性需求（qiú），還具有自清潔、防水、透氣和阻燃的特性，適用於（yú）極端環境中的應用要求。
圖1. PPS（聚苯硫醚）超細纖維（wéi）的製備流程
采用海島型熔紡技術（如圖1），利用CoPET和PPS分別作（zuò）為“海”和“島”的組成部（bù）分進行雙組份熔融紡絲（sī），通過多個步驟逐步縮小纖維直徑，得（dé）到高長徑比的（de）連續超細纖維。這些纖維具有極（jí）細的直徑（約1微米）。隨著（zhe）拉伸比的增加（jiā），纖維的分子鏈取向逐（zhú）步有序化，並形成高結晶（jīng）度的結構（gòu）。這種高結晶度在纖維的力學強度上發揮了重要作用，使得最終材料具備（bèi）優異的（de）機械性能。
圖2. LFFAs的基本結構特征（zhēng）和機（jī）械柔（róu）韌性
LFFA具有極低的密度，僅有6.4mg cm3，展示了其輕質特性，例如可以輕鬆懸停在花朵上（如圖2）。通過（guò）冷凍成型，可以製得不同的幾何形狀的LFFA，如塊狀和纖維狀，且LFFAs的具有極高的柔性，例如可被捏合、打結且無損壞。這些特性主要（yào）得益於（yú）材料內部的三維纖維網絡結構，該結構在提供穩定支撐的同時又具備柔韌性。在SEM圖中可以看到LFFAs的層狀和開放式孔隙網（wǎng）絡，這種結構為LFFAs提供了良好的透氣性和隔熱性能，同（tóng）時增強了（le）材料的可加工性。
圖3. LFFAS的彈性機械性能
通過一係列力學測試（如圖3）表明LFFAs在拉伸和壓縮下的出色（sè）彈性和耐久（jiǔ）性。例如LFFAS可以在25%的拉伸下保持彈性恢複性，表現出優異的拉伸性能。在壓縮應變（biàn）測試中，可以承受高達95%的壓縮應（yīng）變並恢複到原始形狀，具（jù）有極高的恢複（fù）性。LFFAS在經過10000次（cì）壓（yā）縮循環後仍能保持良好的疲（pí）勞耐久性，這（zhè）表明LFFAs在多次使用或長時間負荷下具有穩定性。這些氣凝膠的優異機械性（xìng）能，可以滿足織物的彈性和舒適性需求，包括超強的柔韌性（xìng）。
圖4. 多功能（néng）隔熱氣凝膠的特性
通過接觸角（jiǎo）測（cè）試展示了材料的超疏水特（tè）性（xìng）（接觸角達到154°），並且能夠自清潔，在水流下輕鬆去除表麵灰（huī）塵和汙漬。具有優異的透氣（qì）性，可有效防止液態水滲透，同時允許水蒸氣逸出，適合於濕度較高的（de）環境（jìng）。在阻燃性能測試中，材料達到V0級阻燃等級，展示了在火（huǒ）焰接觸下的自熄（xī）性（xìng）和高熱穩定性，能夠在緊急情況（kuàng）下提供額外的防護。所得的氣凝膠毛氈服裝（zhuāng）表現出優異的（de）隔熱性能，接近於幹燥空氣的（de）隔熱性能，其厚度僅為具（jù）有類似隔熱（rè）性能的（de）羽絨服的（de）三（sān）分之一。（如圖4）
綜上，這項研究成功地解決了氣凝膠在實際（jì）應用中的機械脆弱性和（hé）結構不穩定性問題。通過海島熔融紡絲（sī）技術製備的超（chāo）細纖維，構建了一種新型的氣凝膠結構，這種結構不（bú）僅具有出色（sè）的機械性能，還具備了舒適性、自清潔性、防水性、透氣（qì）性和阻燃性（xìng）。這（zhè）些特性使得氣凝膠服裝在極端環境下的保溫領域具有廣泛的應用潛力，如（rú）日常保暖、戶外運動和緊（jǐn）急救援特殊（shū）服裝等。此外，由於熔融（róng）紡絲技術的成熟和先進性，這種氣凝膠（jiāo）的大規模製（zhì）備成為可能，為未（wèi）來隔（gé）熱材料的發展開辟了新的道路。
原文鏈接
https://doi.org/10.1002/adma.202414731
來源：花季传媒app科紡
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