據(jù)報(bào)道,中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所(以下簡稱“中科院蘇州納米所”)張學(xué)同團(tuán)隊(duì)提出了一種制備氣凝膠纖維的普適方法,即溶膠-凝膠限域轉(zhuǎn)變(SGCT)方法,巧妙地把氣凝膠纖維的動態(tài)紡絲過程調(diào)整為靜態(tài)的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變過程,從而為制備任意組分的氣凝膠纖維奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
以聚酰亞胺(PI)氣凝膠纖維制備為例,首先通過毛細(xì)管力使氣凝膠前驅(qū)體溶液進(jìn)入玻璃毛細(xì)管內(nèi)腔,然后在毛細(xì)管的限域空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)前驅(qū)體的靜態(tài)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變,之后通過簡單的溶劑沖洗取出凝膠纖維,最后利用超臨界CO2干燥獲得了相應(yīng)的氣凝膠纖維。由此得到的聚酰亞胺氣凝膠纖維具有超高比表面積(高達(dá)364 m2/g),出色的機(jī)械性能(彈性模量為123 MPa),優(yōu)異的疏水性(接觸角為153°)和顯著的柔韌性(曲率半徑為200μm)。
與商業(yè)化的棉纖維或者實(shí)驗(yàn)室自制的芳綸氣凝膠纖維相比,PI氣凝膠纖維表現(xiàn)出顯著優(yōu)于上述兩者的離火自熄滅(阻燃)特性。進(jìn)一步測試表明,棉纖維的極限氧指數(shù)為24,芳綸氣凝膠纖維的極限氧指數(shù)為28,而PI氣凝膠纖維的極限氧指數(shù)則高達(dá)46.2。隔熱性能測試表明,與傳統(tǒng)的棉纖維及超細(xì)纖維相比,PI氣凝膠纖維具有更加優(yōu)異的隔熱保溫性能,且隔熱保溫性能的優(yōu)異程度與氣凝膠纖維的直徑正相關(guān)。值得注意的是,即使在極端惡劣的環(huán)境下(-165℃ ~ 205℃的范圍內(nèi)),由PI氣凝膠纖維制成的氣凝膠織物也具有出色的隔熱保溫效果。此外,研究團(tuán)隊(duì)通過SGCT 策略成功制備出了多種有機(jī)氣凝膠纖維、多種無機(jī)氣凝膠纖維和有機(jī)/有機(jī)、無機(jī)/無機(jī)、有機(jī)/無機(jī)雜化氣凝膠纖維,證明了SGCT策略的普適性,為最大限度地利用已知塊體氣凝膠的靜態(tài)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變知識制備出盡可能多的氣凝膠纖維提供了可能性。