分级构建超弹性防水细菌纤维素/PMSQ/勃姆石复合气凝胶实现超强阻燃与极低导热

《Carbohydrate Polymers》：Hierarchically constructing hyperelastic and waterproof bacterial cellulose/PMSQ/boehmite composite aerogels for superhigh flame retardancy and ultralow thermal conductivity

本文报道了一种通过定向冷冻技术和硅烷化处理结合PDMS化学气相沉积（CVD）的分级构建策略，成功制备了具有"梁柱结构"的细菌纤维素（BC）/聚甲基倍半硅氧烷（PMSQ）/勃姆石复合气凝胶（PCB）。该材料展现出超弹性（可承受自身重量9000倍压力）、超高热稳定性（LOI值达58）、超疏水性（水接触角151°±0.7°）和优异隔热性能（导热系数25.7 mW·m-1·K-1），为生物质基隔热材料在热管理和防火安全领域的应用提供了新方案。

　　

亮点

材料设计策略

图1a展示了多功能PCB复合气凝胶的制备策略。通过将BC分散体与MTMS溶液和勃姆石分散体共混获得均匀前驱体，MTMS在水相中酸水解生成高反应性硅醇基团，在BC表面缩合形成PMSQ网络。定向冷冻技术构建了具有平行排列孔道的层次结构，经PDMS-CVD改性后最终获得超疏水气凝胶。

结论

总之，通过单向冷冻和原位矿化制备了具有"梁柱结构"的多功能PMSQ/细菌纤维素/勃姆石气凝胶。PCB-20复合材料表现出卓越的机械回弹性和隔热性能。得益于PMSQ和勃姆石的协同效应，PCB-20展现出优异阻燃性，极限氧指数（LOI）高达58.3，离火后1秒内自熄。值得注意的是，PDMS-CVD改性赋予材料超疏水特性（水接触角151°±0.7°），使其在苛刻环境下保持稳定的隔热性能。这种多功能气凝胶在建筑隔热、电子设备热管理和航空航天等领域具有广阔应用前景。

作者贡献声明

发表同意书

所有作者均已审阅稿件并同意发表。

伦理批准与参与同意

不适用。

资助声明

本研究获得国家自然科学基金（52403276）、四川省科技厅支持计划（2023NSFSC0308）、四川大学博士后交叉创新基金（JCXK2229）和中央高校基本科研业务费（2023SCU12107）资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响研究成果的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢四川大学高分子科学与工程学院田晨旭在测试表征中的帮助，同时感谢四川大学华西基础医学与法医学院公共实验平台王辉在测试过程中的技术支持。