在极端环境中具有协同隔热和抗菌性能的机械性能优异的纳米纤维素/MXene气凝胶

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Mechanically Robust Nanocellulose/MXene Aerogels with Synergistic Thermal Insulation and Antibacterial Performance for Extreme Environments

气凝胶弹性体CP-D通过氧化纳米纤维素与聚乙烯亚胺的EGDE溶剂体系结合，经定向干燥法制备。后复合MXene纳米片构建CP@MXene-D材料，实现热绝缘提升（温差增加30°C）、阻燃增强及99%大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌率。其协同效应源于有序孔结构抑制导热和MXene层状结构的辐射阻隔，以及物理屏障阻燃机制。该多功能材料在个人热管理领域具有应用潜力。

　　

气凝胶作为高温和低温应用中的隔热材料具有相当大的潜力。然而，由于其机械稳定性不足和功能适应性有限，其广泛应用受到了限制。在这项研究中，开发了一种新的方法，利用乙二醇二甘醇醚（EGDE）将氧化纳米纤维素（ONC）与聚乙烯亚胺（PEI）结合，然后通过定向干燥制备出一种名为CP-D的弹性气凝胶。随后，将MXene纳米片引入气凝胶基质中，制备出ONC/PEI/MXene复合气凝胶（CP@MXene-D），从而赋予其更强的隔热和抗菌性能。这种改进的隔热效果归因于两种协同作用：有序的孔结构抑制了热传导，而MXene纳米片则减少了辐射热传递。与CP-D相比，当放置在100°C的热板上时，CP@MXene-D的温度差大约高出30°C。此外，它还表现出优异的阻燃性能，这主要得益于MXene纳米片提供的层状结构和物理屏障效应。另外，其对大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌效果达到99%，这也归功于MXene纳米片的加入。作为一种多功能材料，CP@MXene-D结合了弹性、隔热性和抗菌活性，在个人热管理领域具有潜在的应用价值。