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中南大學(xué)張翼/湖南大學(xué)全華鋒團(tuán)隊(duì) Adv. Sci.：“磚-砂漿-粘合劑”設(shè)計(jì)打造高彈性、疏水且阻燃的隔熱材料
2024-12-07  來源：高分子科技
關(guān)鍵詞：高彈性 疏水 阻燃 隔熱材料

  熱能在建筑、交通、服裝、電池和航空航天等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。高效管理熱能不僅可以減少能源浪費(fèi)，還可以提高設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命。有效使用熱管理材料，可以大幅提升能源利用效率。纖維素氣凝膠因其環(huán)境友好性、生物降解性、可加工性和低成本受到了相當(dāng)大的關(guān)注。然而，在生物質(zhì)氣凝膠中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械彈性、疏水性、阻燃性和隔熱性的完美平衡，仍是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。這一平衡對(duì)于提升材料的整體性能和拓寬其應(yīng)用范圍至關(guān)重要。


  基于此，中南大學(xué)張翼和湖南大學(xué)全華鋒團(tuán)隊(duì)受“磚-砂漿-粘合劑”仿生結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，開發(fā)了層狀雙氫氧化物（LDH）/羧基化纖維素納米纖維(CNF-C)/Si–O–Si（LCS）雜化氣凝膠。LCS氣凝膠以剛性的LDH作為“磚”、以柔性的CNF-C作為“砂漿”，以疏水的Si–O–Si作為“粘合劑”。其中，由水解的硅烷偶聯(lián)劑原位礦化形成的Si─O─Si鍵合網(wǎng)絡(luò)有效地增強(qiáng)了界面鍵合，它作為支撐CNF-C載體上LDH納米粒子的橋梁，解決了因LDH堆積引起的機(jī)械性能不足的問題。除了構(gòu)建模塊外，有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已被證明對(duì)構(gòu)建功能氣凝膠同樣重要？茖W(xué)家經(jīng)常從自然界結(jié)構(gòu)復(fù)雜的材料中尋找開發(fā)高性能材料的靈感。例如，Zhang等人制造了一種受生物骨啟發(fā)的可壓縮氣凝膠，他們的發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了在開發(fā)具有優(yōu)異機(jī)械性能和抗疲勞性能的材料時(shí)建立分層網(wǎng)絡(luò)的有效性。利用這些見解，本研究采用定向冷凍干燥法控制冰晶生長，進(jìn)而調(diào)整氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)特定的性能目標(biāo)。由于這種制備策略， LCS雜化氣凝膠表現(xiàn)出許多具有挑戰(zhàn)性的要求，包括出色的機(jī)械彈性、魯棒穩(wěn)定性、高疏水性、優(yōu)異的阻燃性和隔熱性能。這種多功能LCS雜化氣凝膠的成功合成證明了它作為一種能夠承受極端溫度和水環(huán)境的熱管理材料的潛力。該工作以““Brick-Mortar-Binder” Design toward Highly Elastic, Hydrophobic, and Flame-Retardant Thermal Insulator”為題發(fā)表在《Advanced Science》上。文章第一作者是中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生隋姍穎，通訊作者為張翼教授（中南大學(xué)）和全華鋒助理研究員（湖南大學(xué)）。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。


圖1. LCS雜化氣凝膠的制備示意圖


圖2. LCS雜化氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)


圖3. LCS雜化氣凝膠的機(jī)械性能


圖4. LCS雜化氣凝膠的疏水性


圖5. LCS雜化氣凝膠的隔熱性能


圖6. LCS雜化氣凝膠的阻燃性能


  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202410938

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（責(zé)任編輯：xu）
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