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北林高强教授、李建章教授/澳洲南昆大宋平安教授AM:双模板制备的低成本高弹性富勒穹顶结构纳米纤维素气凝胶用于个人热管理

高分子科学前沿  · 公众号  · 化学  · 2024-10-28 10:00
    

主要观点总结

北京林业大学及其合作团队利用CNF和聚氨酯,通过创新气泡-冰双模板策略和MTMS化学气相沉积,成功制备出具有仿生富勒穹顶结构的纳米纤维素气凝胶材料。该材料具有低成本、超弹性、超疏水、超轻和超低导热率等特性,在保暖服装领域具有巨大应用潜力。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

极寒环境下保持人体热舒适度至关重要。纳米纤维素气凝胶材料虽具有可再生、低密度等优势,但成本、弹性和隔热性能等问题限制了其在保温材料领域的应用。

关键观点2: 主要研究成果

研究团队通过气泡-冰双模板策略和化学气相沉积,成功制备出具有富勒穹顶结构的纳米纤维素气凝胶材料。该材料展示了低成本、超弹性、超疏水、超轻和超低导热率等特性。其制备的超轻防寒服装表现出优异的保温性能,比商业保温填料更优越。

关键观点3: 材料制备过程

将CNF与WPU的水溶液混合,加入表面活性剂形成气泡模板,预冷冻形成冰晶模板,再冻干制得纳米纤维气凝胶材料。其中CNF作为支撑杆,PU作为柔性连接点,形成富勒穹顶结构。

关键观点4: 材料的性能特点

该气凝胶材料具有高孔隙率、超低密度、低导热率等特性。其富勒穹顶结构有效消散外部压缩应力,赋予材料优异的压缩回弹性。同时,多尺度孔隙提升了隔热性能。经过硅烷处理后,该气凝胶具有超疏水特性。

关键观点5: 应用前景

该气凝胶材料生产成本低,具有大规模制备能力,在保暖服装领域具有巨大应用潜力。其优异的保温效果,使得在极寒环境下能够保持温度稳定。


文章预览

研究背景 极寒环境保持人体热舒适度至关重要。纳米纤维素(CNF)气凝胶材料具有可再生、低密度等优势,但存在成本高、弹性差、隔热性能不佳等问题限制在保温材料领域应用。 近日, 北京林业大学 高强教授 、 李建章教授 、澳洲南昆士兰大学 宋平安教授 及其团队 利用CNF和聚氨酯,创新气泡-冰双模板策略,协同MTMS化学气相沉积,在CNF气凝胶中构建了以CNF为支撑杆、以聚氨酯作为连接点的仿生富勒穹顶结构 。该气凝胶材料展示出令人惊喜的低成本(22$/kg)、超弹性(100次压缩回复率91%)、超疏水(160.9°接触角)、超轻(4.1 mg cm -3 )、超低导热率(24 mW m -1 K -1 ,低于空气25mWm -1 K -1 ),用其制备的超轻防寒服装表现出比商业保温填料(鹅绒等)更优异的保温性能,在大规模生产保暖服装方面有巨大应用潜力。该成果以“Low-Cost Hyperelastic Fuller-Dom ………………………………

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