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中科院蘇州納米所張學同研究員團隊在氣凝膠纖維領域獲重要進展
發布:blast_k   時間:2019/5/16 15:15:42   閱讀:471 
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因防寒服裝對保暖性、輕便性以及功能化的要求越來越高,造成了對其基礎材料——保暖纖維的要求也越來越高。天然纖維與傳統化學纖維的應用潛能幾乎已開發完畢,因此需要對傳統的化學纖維進行結構上的創新以獲得更加良好的保暖性能。上世紀五十年代,美國杜邦公司開發出了異形纖維,化學纖維的光澤性、蓬松性等特性獲得了極大改善。在眾多的異形纖維之中,中空纖維因為顯著提高了其內部靜止空氣的含量,因此明顯提高了化學纖維的保暖性能。上世紀七十年代,科研人員開發出超細纖維,由超細纖維制作的人造皮革等仿生材料使化學纖維的保暖性能與天然材料平齊。通過對中空纖維和超細纖維的研究發現,纖維材料的保暖性能與纖維材料內部靜止空氣含量成正比,與纖維直徑大小成反比,與整體材料密度成反比。氣凝膠纖維具有孔隙率極高、密度超低等顯著特征,理論上是隔熱保溫效果最好的一種纖維,有望取代超細纖維、甚至顛覆羽絨,是下一代保暖纖維的最重要發展方向。但氣凝膠的高孔隙率特征也造成其制備面臨著極大挑戰。

鑒于此,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領導的氣凝膠團隊(http://www.aerogel-online.com/index.php)通過溶解杜邦TM的Kevlar纖維獲得納米纖維分散液,然后進行濕法紡絲、特種干燥等過程制備出了一種具有高孔隙率(98%)和高比表面積(240 m2/g)的凱夫拉氣凝膠纖維,如圖所示。該氣凝膠纖維具有優異的力學性能,可以任意彎曲、打結、編織等。該氣凝膠纖維同時具有優異的隔熱性能,常溫下熱導率僅為0.027 W/m·K,在低溫下其隔熱性能是棉布的2.8倍,可在-196~300℃的極端環境下長時間發揮隔熱保溫性能。此外,該氣凝膠纖維還具有優異的化學穩定性,可進行染色、疏水化、化學鍍等多種改性且不損傷氣凝膠主體骨架結構。最后,該氣凝膠纖維也可以通過填充相變材料制備成空調纖維,其熱焓值可達162 J/g,遠超現有商用Outlast空調纖維的熱焓值。 


凱夫拉氣凝膠纖維

相關成果以“Nanofibrous Kevlar Aerogel Threads for Thermal Insulation in Harsh Environments”為題,發表于國際期刊《ACS Nano》(DOI: 10.1021/acsnano.9b01094)上。博士生劉增偉和博士后呂婧是該論文的共同第一作者,張學同研究員是該論文的通訊作者。論文工作獲得了國家自然科學基金委、國家重點研發計劃、英國皇家學會-牛頓高級學者基金等資助。 

美國Chemical & Engineering News(簡稱 C&EN),以“Kevlar, the tough material used in body armor and sporting gear, now comes in aerogel form”為題,對團隊的研究成果進行了報道,網址如下: https://cen.acs.org/materials/polymers/Kevlar-tough-material-used-body/97/i19 

論文鏈接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.9b01094

來源:中國聚合物網

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