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科技前沿

东华大学团队:“软-硬”协同杂化策略构筑军民两用功能纤维复合材料
来源:高分子科学前沿  2019-02-21 10:29:11
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原文:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-7722.html
  近日,东华大学纤维材料改性国家重点实验室、材料科学与工程学院成艳华及朱美芳教授研究团队在功能及智能纤维材料领域取得了最新研究进展,相关工作以 “Stiff–Soft” Binary Synergistic Aerogels with Superflexibility and High Thermal Insulation Performance为题,发表于《Advanced Functional Materials》, 该论文第一作者是东华大学材料学院博士研究生张君妍,其他作者包括材料学院18届硕士Mike Tebytekerwa,18届博士孟思、美国UCLA卢云峰教授(美国总统青年奖获得者)。材料学院青年教师成艳华博士和朱美芳教授为共同通讯作者。
 
  近年来,研究小组以功能性纳米材料或聚集诱导发光(AIE)有机分子为构筑单元,通过物理或化学键诱导其与高分子网络异质组装,以功能为导向,基于复杂功能体系的微结构仿生构筑,通过“分子设计-微观结构-宏观性能”多层级全链条设计,发展材料微观三维结构设计调控新方法,获得新一代功能纤维复合材料和智能柔性纤维器件(Mater. Horiz., 2019, 6, 405; Adv. Mater., 2017, 1703900; Adv. Funct. Mater., 2016, 9, 1338; Adv. Energy Mater., 2014, 141207; J. Mater. Chem. A, 2017, 27, 13944)。
 
 
  图1.硅-纤维素复合气凝胶制备流程及多级形貌图
 
  基于研究组提出的有机无机多尺度多维度杂化理论和近年的工作基础,围绕国家新型战略性材料发展,以轻质、柔性、高绝热性材料为研究目标,将软且韧的有机纳米纤维引入硬且脆的无机硅网络中,通过跨尺度(分子-纳米-微米)结构设计,获得宏观具有高柔韧性和高绝热性的纤维复合气凝胶材料。多尺度“软-硬”协同杂化策略如图1:分子尺度上,采用低交联密度的硅源增加硅网络的韧性;纳米尺度上,利用纤维素纳米纤维和硅网络界面间的强结合能力确保材料的机械完整性;微米尺度上,通过纤维桥联复合网络结构实现复合材料的高孔性和柔韧性。采用该策略设计的纤维复合气凝胶在国防军工、航空航天、能源管理、民用保暖等领域都有较为广阔的应用前景。
 
 
  图2. “软-硬杂化”纤维复合气凝胶(BC-Si)的拉伸稳定性及高柔性
 
  该纳米纤维-硅复合气凝胶具有极低的热导率15.3 mW m−1 K−1,孔隙率高达93.6%,比表面积达660 m2g−1,可支撑起高于其本身质量4个数量级的重物,并可进行弯折,卷曲,折叠等,且能够随意裁剪(图2)。基于柔性复合气凝胶优异的绝热性能(图3),进一步,制备了具有电热-绝热一体化双模式的高效热管理器件,极大提高能量利用效率。基于纤维复合气凝胶优异的疏水性和高度多孔性,这一材料还可以应用于环境污染物处理等重点领域。
 
 
  图3.“软-硬杂化”纤维复合气凝胶的高绝热性能
 
  该项工作得到了国家自然科学基金、上海市科技创新行动计划、上海市自然科学基金(探索类)、国家重点研发计划和教育部创新团队等项目的联合资助。
文章来源:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-7722.html