增强机械性能的纤维素基气凝胶纤维：热绝缘与湿度响应的创新突破

本文推荐一种突破性细菌纤维素/氧化石墨烯/聚二烯丙基二甲基氯化铵（BC/GO/PDDA）复合气凝胶纤维，通过湿法纺丝结合PDDA表面改性，实现高孔隙率（82.3%）、低导热性（<50 nm孔径）及卓越机械性能（拉伸强度0.409 MPa，断裂伸长率50.91%）。其湿度响应特性（1.8 s快速响应）为智能纺织品和可穿戴传感器（wearable sensors）提供新思路，兼具热绝缘（thermal insulation）与柔性电子应用潜力。

　　

Highlight

气凝胶纤维凭借高孔隙率、低导热性和独特纳米凝胶网络结构，成为热绝缘（thermal insulation）的理想材料。然而，其机械性能差和功能单一仍是瓶颈。本研究通过湿法纺丝结合聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）表面修饰，制备了细菌纤维素/氧化石墨烯（BC/GO）气凝胶纤维，兼具优异热绝缘性能（孔隙率82.3%，孔径<50 nm）和增强机械性能（拉伸强度0.409 MPa，韧性140.44 kJ m^?3）。湿度响应实验中，PDDA离子释放使纤维导电性显著提升，模拟呼吸测试显示1.8秒快速响应和高灵敏度，为智能纺织品和柔性传感器开辟新路径。

Materials

实验材料包括：细菌纤维素水凝胶块（BC，1×1×1 cm³，固含量1%）、氧化石墨烯（GO，98%，0.2–1.0 nm）、聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDADMAC，分子量400,000–500,000）、叔丁醇（99.0%）等。

Preparation of BGP aerogel fibers

如图1所示，BC纺丝原液注入水相凝固浴后，通过双向扩散实现相分离。所得BCG纤维经PDDA水溶液浸渍改性，再经叔丁醇/水混合溶液处理，最终冷冻干燥获得轻质多孔BGP气凝胶纤维。

Conclusion

本研究通过简易方法制备的BC/GO/PDDA气凝胶纤维，在热绝缘（0.409 MPa拉伸强度）和湿度响应（50.91%断裂伸长率）性能上表现突出，为高性能纤维和智能纺织领域提供创新解决方案。

（注：翻译部分已省略文献引用标识及图示说明，专业术语保留英文缩写并标注上下标。）