混合维度设计的海藻酸钠/纤维素基气凝胶纤维：面向可编织且高强韧的隔热材料

本文创新性地通过湿法纺丝-溶剂置换-冷冻干燥联用技术，制备了具有多级孔结构的海藻酸钠(SA)/纤维素复合气凝胶纤维。研究采用混合维度设计策略，将高纤化度纤维素(SMCM)与细菌纳米纤维素(BNC)协同增强，使纤维拉伸强度提升至2.8 MPa，密度低至95.8 mg/cm3，孔隙率达91.8%，导热系数仅0.039 W·m?1·K?1。该工艺避免了传统纤维素再生过程，为生物基隔热材料的工业化生产提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过混合维度设计策略，成功制备出兼具优异机械性能和隔热性能的海藻酸钠(SA)/纤维素气凝胶纤维。SMCM与BNC的协同作用显著提升了纤维性能，为生物基隔热材料开发提供了新范式。

材料与方法

实验采用细菌纳米纤维素(BNC)和TEMPO氧化纤维素纳米纤维(TCNF)作为增强相，与海藻酸钠(SA)共混后通过CaCl₂溶液湿法纺丝成型。经叔丁醇(TBA)溶剂置换和冷冻干燥后，获得具有三维互联孔结构的超轻气凝胶纤维。

结果与讨论

• 机械性能：SMCM的引入使氢键密度提升，BNC提供物理缠结网络，协同作用下纤维拉伸强度达2.8 MPa

• 孔隙特性：密度95.8 mg/cm³，孔隙率91.8%，孔径呈梯度分布

• 隔热性能：组装织物导热系数仅0.039 W·m^?1·K^?1，优于多数商业保温材料

• 工艺优势：避免传统纤维素溶解-再生过程，化学试剂用量减少60%

结论

该研究开发的气凝胶纤维制备工艺简单高效，产品兼具超轻特性(可漂浮于羽毛表面)、优异柔韧性(可打结缠绕)和显著隔热性能，在智能纺织品领域具有广阔应用前景。