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蘇州納米所在氣凝膠纖維領域獲重要進展
2019-05-14| 文章来源:先進材料部 刘增伟| 【

  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。在衆多的異形纖維之中,中空纖維因爲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,中國科學院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同研究員领导的氣凝膠团队http://www.aerogel-online.com/index.php)通過溶解杜邦TMKevlar纖維獲得納米纖維分散液,然後進行濕法紡絲、特種幹燥等過程制備了一種具有高孔隙率(98%)和高比表面積(240 m2/g)的凱夫拉氣凝膠纤维,如图所示。该氣凝膠纤维具有优异的力学性能,可以任意弯曲、打结、编织等。该氣凝膠纤维同时具有优异的隔热性能,常温下热导率仅为0.027 W/m·K,在低溫下其隔熱性能是棉布的2.8倍,可在-196~300oC的极端环境下长时间发挥隔热保温性能。此外,该氣凝膠纤维还具有优异的化学稳定性,可进行染色、疏水化、化学镀等多种改性且不损伤氣凝膠主体骨架结构。最后,该氣凝膠纤维也可以通过填充相变材料制備成空调纤维,其热焓值可达162 J/g,遠超現有商用Outlast空調纖維的熱焓值。 

  相關成果以Nanofibrous Kevlar Aerogel Threads for Thermal Insulation in Harsh Environments”爲題,發表于國際期刊《ACS Nano(DOI: 10.1021/acsnano.9b01094)上。博士生刘增伟和博士后吕婧是该論文的共同第一作者,张学同研究員是该論文的通讯作者。論文工作获得了国家自然科学基金委、国家重点研发计划、英国皇家学会-牛頓高級學者基金等資助。 

  美國Chemical & Engineering News(简称 C&EN),以“Kevlar, the tough material used in body armor and sporting gear, now comes in aerogel form”爲題,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 

    

  凱夫拉氣凝膠纤维 

 
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