室温制备具有径向定向通道和各向异性热导率的生物启发纳米增强柔性空心气凝胶纤维

《Science China-Materials》：Room-temperature fabrication of bioinspired nano-reinforced flexible hollow aerogel fibers with radially oriented channels and anisotropic thermal conductivity

　　

摘要

仿生气凝胶纤维因其轻质、多孔结构和超低热导率，在热管理领域具有显著优势。然而，其制备通常依赖于冻干或超临界干燥等高能耗方法，这不仅阻碍了规模化生产，而且往往还会损害结构均匀性和机械强度。在本研究中，受北极熊毛发的启发，我们报道了一种新型柔性中空气凝胶纤维，该纤维具有径向排列的通道和各向异性热导率，通过水诱导相分离同轴湿纺法在室温下制备而成。具体而言，聚丙烯腈（PAN）被用作聚合物基体，而二氧化硅（SiO₂）和氮化硼（BN）作为纳米增强材料被引入以增强机械性能和热绝缘性。所得纤维具有明确的径向通道结构和连续纳米多孔内壁。力学测试表明，两种纳米材料的加入在不牺牲强度的前提下显著提高了断裂伸长率（900%–1100%）。各向异性热测量结果显示，径向通道导致垂直方向上的热导率降低。中空结构有效延缓了轴向热传导，纳米增强材料进一步将热绝缘性能提高了高达42%。这些气凝胶纤维结合了可规模化室温制备、优异的可编织性和可调热管理性能，使其成为先进热调控纺织品的有前景候选材料。