作者：王斐共同通讯作者：丁彬，斯阳通讯单位：东华大学论文DOI：10./anie.全文速览：东华大学俞建勇院士及丁彬教授研究团队通过以静电纺无机 化硅纳米纤维为构 元，通过纤维冷冻成型方法在纤维间原位构筑了“类橡胶”弹性粘结网络，得到一种具有仿生纤维框架结构的超弹氧化硅纳米纤维气凝胶。背景介绍：三维多孔纳米材料如聚合物海绵、碳气凝胶、金属蜂窝材料因其具有密度小、比表面积大、孔隙率高等优点，广泛应用于组织工程、水净化、能源储存等领域。然而，由于材料组分本身存在热稳定性较差的问题，这些三维材料仅能在常温下保持较好的性能，在高温或低温条件下应用往往会发生不可逆的结构塌陷。陶瓷气凝胶有着高强度、化学惰性、热稳定性等优异特性，其应用广泛、适用温度范围广。然而，传统的陶瓷气凝胶主要由陶瓷纳米颗粒组成，其结构连续性差且颗粒间作用力较弱，导致陶瓷气凝胶普遍存在脆性大、硬度大、不可压缩等问题，严重限制了其实际应用。因此，开发弹性陶瓷气凝胶是当前研究面临的一大挑战。材料性能主要由材料结构、密度及组分特性共同决定，通过系统设计材料结构以提升可压缩性有望解决上述难题。通过调研发现，灯心草茎髓具有优异的弹性和超轻特性，这是因为在灯心草茎髓内其 骨架有序的形成了一种均匀的纤维状框架结构。由此可见，通过以柔性氧化硅纳米纤维为构 元，并将其组装成有序的类灯心草的纤维框架结构，有望制备出弹性陶瓷纤维气凝胶。研究出发点：基于以上研究现状及面临的问题，受到灯心草茎髓的超弹纤维框架结构的启发，研究团队通过溶胶-凝胶静电纺丝方法制备了柔性氧化硅纳米纤维，并结合纤维冷冻成型将纳米纤维进行三维重构，在纤维间原位构筑了“类橡胶”弹性粘结网络，制备出一种具有仿灯心草框架结构的超弹氧化硅纳米纤维气凝胶。该材料具有超轻特性、不随温度而变的超弹特性、良好的耐火性和隔热性能。最终该研究成果发表在AngewandteChemieInternationalEdition上（DOI：10./anie.）， 作者为东华大学博士生王斐，通讯作者为丁彬研究员和斯阳研究员。图文解析：（1）氧化硅纳米纤维气凝胶的制备及其仿生纤维框架结构图1a-d为灯心草照片及其茎髓的多孔框架结构，其均匀有序的纤维状框架与弹性粘结点赋予了灯心草茎髓弹性与超轻特性。受此结构启发，研究团队首先利用静电纺丝技术制备了柔性的无机氧化硅纤维膜，然后将其与硅溶胶混合并制得纤维/溶胶分散液，随后通过冷冻干燥得到超弹氧化硅纳米纤维气凝胶（如图1e所示）。在冷冻成型的过程中，硅溶胶受到冰晶排挤从而均匀包裹在纳米纤维表面，同时在纤维间构筑了稳定的弹性粘结网络（图1f和g）。从图1h-k中可以看出，纳米纤维有序的组装成了类似灯心草茎髓的均匀框架结构，且纤维间具有明显的粘结点。Figure1.(a)Opticalimageand(b?d)scanningelectronmicroscopy(SEM)imagesofJuncuspithatdifferentmagnifications.(e)SchematicillustrationshowingthefabricationofSNFaerogels.(f)Structuresofthethreeselectedcrosslinkingsilanecouplingagents.(g)ThecrosslinkingnetworksbetweenthenanofibersofSNFaerogels.(h)OpticalimageoftheSNFaerogel.(i?k)MicroscopicarchitectureofanSNFaerogelatvariousmagnificationsdemonstratingthebiomimeticnanofibrousframeworkstructure.（2）不随温度而变的超弹特性不同于传统的脆性氧化硅颗粒气凝胶，氧化硅纳米纤维气凝胶的纤维框架结构及弹性粘结网络赋予了其不随温度而变的超弹特性。图2a为气凝胶在50%的大应变下压缩次的应力应变曲线，可以看出，在次压缩后其塑性形变仅为1%。且气凝胶在oC下经过一百万次疲劳压缩（5%应变）后，其储能模量和损耗模量几乎不变（图2b）。此外，该气凝胶在高温火焰（oC）和液氮（-oC）中仍可压缩回弹（图2c和d）。这些研究结果均证实了氧化硅纤维气凝胶在宽温度范围内的不随温度而变的超弹性和耐疲劳性。Figure2.(a)Multicycle
本文编辑：佚名
转载请注明出地址
http://www.dengxincaoa.com/dxcgx/5321.html
