高力学强度细菌纤维素气凝胶纤维的连续化制备 被引量：9

1

作者 张君妍 孟思 +2 位作者 陈文萍 成艳华 朱美芳 《高分子学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第1期69-77,I0004,共10页

气凝胶纤维因其高外表面积和高柔韧性在能量管理系统中具有潜在应用而引起了广泛关注.但是,目前制备的气凝胶纤维力学强度较低,限制了其实际应用.为提高气凝胶纤维力学性能,在始终保持细菌纤维素(BC)纳米纤维处于湿态下,利用NaOH/尿素/... 气凝胶纤维因其高外表面积和高柔韧性在能量管理系统中具有潜在应用而引起了广泛关注.但是,目前制备的气凝胶纤维力学强度较低,限制了其实际应用.为提高气凝胶纤维力学性能,在始终保持细菌纤维素(BC)纳米纤维处于湿态下,利用NaOH/尿素/硫脲复合溶剂直接低温溶解原生BC,获得透明的BC纺丝原液;通过湿法纺丝制备了BC水凝胶纤维,经过水洗和冷冻干燥后处理,制得BC气凝胶纤维.采用偏光显微镜(POM)、13C核磁共振(13C-NMR)和高级旋转流变仪研究BC在复合溶剂中的溶解过程与状态;利用全反射傅里叶变换红外吸收光谱(ATR-FTIR)、X射线衍射(XRD)和热失重(TG)研究BC溶解前后结构与性能变化;利用场发射扫描电镜(FESEM)、全自动比表面积和孔径分布分析仪、单丝强力仪对获得的BC气凝胶纤维结构与性能进行表征.结果表明,复合溶剂在−15℃条件下可以直接溶解原生湿态BC,最高溶解浓度为3 wt%;采用湿法纺丝制得高度多孔的连续BC气凝胶纤维,比表面积高达192 m^2/g且具有优异的力学性能,断裂强度和杨氏模量高达(9.36±1.68)MPa和(176±17.55)MPa,如0.4 mg BC气凝胶纤维可以支撑高于其本身质量5×10^4倍的重物. 展开更多

关键词 气凝胶纤维 细菌纤维素 低温溶解 力学性能

原文传递

芳纶纳米纤维气凝胶的研究进展 被引量：1

2

作者 吕婧 刘增伟 +1 位作者 程青青 张学同 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期10-20,共11页

为推动芳纶纳米纤维气凝胶从实验室走向实际应用,系统介绍了芳纶纳米纤维气凝胶国内外研究现状。首先分析了气凝胶领域面临的主要困难,阐述了芳纶纳米纤维气凝胶开发的重要意义;随后介绍了构筑单元芳纶纳米纤维的制备方法及其流变学行为... 为推动芳纶纳米纤维气凝胶从实验室走向实际应用,系统介绍了芳纶纳米纤维气凝胶国内外研究现状。首先分析了气凝胶领域面临的主要困难,阐述了芳纶纳米纤维气凝胶开发的重要意义;随后介绍了构筑单元芳纶纳米纤维的制备方法及其流变学行为,为后续芳纶气凝胶材料的制备提供参考;最后重点综述了芳纶气凝胶纤维、芳纶气凝胶薄膜以及3D打印芳纶气凝胶的制备、性能及应用等研究现状,总结了制备过程中一系列新型溶胶-凝胶转变原理,概述了芳纶气凝胶材料性能提升的策略以及在热管理、智能防护和分离过滤等新兴领域中的应用前景。分析认为,芳纶纳米纤维气凝胶发展仍处于初期阶段,优化芳纶纳米纤维气凝胶制备技术、进一步提升其性能仍将是研究的热点与重点。 展开更多

关键词 芳纶 纳米纤维 气凝胶纤维 气凝胶薄膜 3D打印气凝胶

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聚对苯二甲酰对苯二胺气凝胶纤维的制备与性能

3

作者 李杰 胡祖明 +2 位作者 于俊荣 王彦 诸静 《材料导报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期228-233,共6页

气凝胶纤维具有良好的柔韧性,其织物在可穿戴保温隔热领域受到了人们高度的关注。聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)具有优异的耐热性、耐化学品腐蚀等性能,是制备气凝胶纤维的理想材料。然而,目前利用PPTA纤维(对位芳纶)的纳米纤维分散液制... 气凝胶纤维具有良好的柔韧性,其织物在可穿戴保温隔热领域受到了人们高度的关注。聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)具有优异的耐热性、耐化学品腐蚀等性能,是制备气凝胶纤维的理想材料。然而,目前利用PPTA纤维(对位芳纶)的纳米纤维分散液制备气凝胶纤维的过程复杂、耗时且成本高,因此本工作通过合成具有良好可加工性的PPTA溶液,利用湿法纺丝和冷冻干燥工艺制备PPTA气凝胶纤维,极大地简化了工艺流程。实验分析表明,通过改变PPTA溶液的浓度可以有效地控制气凝胶纤维的孔结构及机械强度。当PPTA溶液的质量分数为2%时,制得的气凝胶纤维的孔隙率高达94.5%,断裂强度可达7.8 MPa;除此之外,该气凝胶纤维还具有高的比表面积(291 m2/g)和低的热导率,其织物的热导率为29.65 mW/(m·K)。当PPTA溶液的质量分数为5%时,气凝胶纤维的断裂强度高达20.5 MPa。本工作中所制备的气凝胶纤维具有极高的孔隙率、超低的密度和热导率以及良好的力学性能,为新一代保温隔热纺织品的设计和制造开辟了新的途径。 展开更多

关键词 聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA) 湿法纺丝 气凝胶纤维 保温隔热 高温

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微晶纤维素-热塑性聚氨酯核壳结构气凝胶纤维的制备及性能

4

作者 王庭丽 宋理阳 +5 位作者 臧雪妍 张子诺 祁冠杰 李成辰 陈坤林 王潮霞 《南通大学学报（自然科学版）》 CAS 2024年第2期12-20,共9页

为了提高气凝胶纤维的机械强力和隔热性能,采用微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)和热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane,TPU)同轴湿法纺丝,通过溶剂交换和冷冻干燥,制备具有MCC多孔气凝胶核层和TPU壳层的气凝胶纤维,并... 为了提高气凝胶纤维的机械强力和隔热性能,采用微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)和热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane,TPU)同轴湿法纺丝,通过溶剂交换和冷冻干燥,制备具有MCC多孔气凝胶核层和TPU壳层的气凝胶纤维,并对MCC-TPU气凝胶纤维的形貌及化学晶体结构、热稳定性、力学性能和保温隔热性能进行分析测试。结果表明:MCC通过溶解和再生制备成MCC气凝胶纤维后,晶型结构由纤维素Ⅰ型转变为纤维素Ⅱ型;MCC-TPU气凝胶纤维内部具有多级孔隙结构,存在介孔和微孔孔隙(密度0.169 g/cm^(3),比表面积6.460 m^(2)/g,平均孔径17.005 nm);当MCC质量分数为1.5%、TPU质量分数为25%时,所制备的MCC-TPU气凝胶纤维拉伸性能最好,断裂强力和断裂伸长率分别达到2.32 MPa、567.47%,比MCC质量分数为3.0%、TPU质量分数为0%时所制备的气凝胶纤维分别增加了246%和11027%,可以编织成纺织品,具有良好的机械性能和柔韧性;TPU的引入使气凝胶纤维整体的热稳定性得到了提高,MCC-TPU气凝胶纤维与热台温差最高可达22.48℃,整体红外发射率低于0.5,热辐射降低,在高性能保温纺织品领域有着很好的应用前景。 展开更多

关键词 微晶纤维素 气凝胶纤维 核壳结构 机械性能 保温隔热

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纤维气凝胶的分类、制备工艺及应用现状 被引量：3

5

作者 朱浩彤 刘玲伟 +3 位作者 闫铭 张鸿 郭静 夏英 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第23期23057-23067,共11页

气凝胶具有高孔隙率、低密度、高比表面积和低热导率等优异性能,广泛应用于隔热、隔音和吸附等领域,已经成为21世纪以来新型纳米多孔材料的研究热点。但是由于气凝胶的网络结构导致其缺点也十分突出,首先,气凝胶的力学性能较差、脆性大... 气凝胶具有高孔隙率、低密度、高比表面积和低热导率等优异性能,广泛应用于隔热、隔音和吸附等领域,已经成为21世纪以来新型纳米多孔材料的研究热点。但是由于气凝胶的网络结构导致其缺点也十分突出,首先,气凝胶的力学性能较差、脆性大,使其加工、处理变得困难,且易产生粉尘污染;其次,由于原料和制备工艺等限制,气凝胶的价格昂贵;另外往往只能静态成型难以连续生产,形态多是与模具或反应相对应的块状或粉末状,不能满足更多的应用。因此提高气凝胶的力学性能、寻找更简单廉价的合成方式和拓宽气凝胶形态等成为亟待解决的问题。设计制备纤维态气凝胶和纤维复合气凝胶是解决上述不足的方法之一。可通过湿法纺丝、管中浇铸、纤维状基材自组装、静电纺丝、纤维热解碳化、原纤化堆积等成型方法和超临界、冷冻、常压等干燥工艺,制备无机纤维气凝胶、有机纤维气凝胶、有机/无机杂化纤维气凝胶和纤维复合气凝胶材料,实现气凝胶的骨架结构的增强、纤维态气凝胶的成型和连续生产,可避免附聚并方便回收处理,还可设计调控特殊的中空结构和分级孔结构,或利用嵌入纤维的独特物理、化学特性,在保持气凝胶原有优秀性能的基础上,赋予其新的性能。本文对近五年纤维气凝胶及纤维复合气凝胶材料的研究现状进行了概览,介绍了纤维气凝胶的类型、制备方法及原理,说明了纤维气凝胶在吸附、隔热、传感、能量存储、催化和微波屏蔽等传统及新兴领域的应用,并提出了未来可尝试的研究方向,对纤维气凝胶的改进提出一些建议。 展开更多

关键词 气凝胶纤维 纤维气凝胶复合材料 湿法纺丝 管中浇铸 纤维状基材自组装 静电纺丝 纤维热解碳化 原纤化堆积

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气凝胶维度结构设计与功能化应用的研究进展 被引量：4

6

作者 王静 王锦 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第4期430-442,共13页

气凝胶是一类兼具重要科学研究意义和巨大工程化应用价值的纳米多孔材料,其制备过程涉及溶胶-凝胶化学转变、结构调控、界面张力消除等基础科学问题,在理化性能方面同时具有超低密度和超低热导率特性,是一类理想的轻量化超级隔热保温材... 气凝胶是一类兼具重要科学研究意义和巨大工程化应用价值的纳米多孔材料,其制备过程涉及溶胶-凝胶化学转变、结构调控、界面张力消除等基础科学问题,在理化性能方面同时具有超低密度和超低热导率特性,是一类理想的轻量化超级隔热保温材料,在航空航天、交通运输等对重量要求严苛的应用领域极具吸引力.此外,得益于气凝胶的高比表面积、高孔隙率、连续开孔等结构特征,其在吸附、催化、药物载体、能源和环境修复等领域也具有重要应用潜力.因此,近年来气凝胶及其应用获得国内外学术和产业界的极大研究兴趣.本综述调研了自气凝胶首次报道以来相关文献与知识产权的概况,而后以制备方法、气凝胶种类、维度结构设计、新型应用为轴,系统概括了气凝胶的制备方法,新型气凝胶的种类,以维度为特色的气凝胶材料,以及气凝胶的独特应用.如近五年来涌现的新型超分子气凝胶、智能响应气凝胶、气凝胶纤维、气凝胶的增材制造等,都在一定程度上颠覆了传统材料、突破了传统制备方法的局限.最后对气凝胶近年来的发展做了简要总结和展望. 展开更多

关键词 气凝胶 干燥方法 维度结构设计 气凝胶纤维 增材制造

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纳米芳纶气凝胶纤维的制备与微观结构调控 被引量：4

7

作者 陈纤 李猛猛 +2 位作者 赵昕 董杰 滕翠青 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期17-23,共7页

针对目前气凝胶纤维力学强度不高的问题,以对位芳纶为原料制备了纳米芳纶分散液,通过湿法纺丝、溶剂置换、冷冻干燥工艺制备了纳米芳纶气凝胶纤维,并通过调节溶剂置换浴中叔丁醇与水的比例,对气凝胶纤维的微观结构进行调控。结果表明:... 针对目前气凝胶纤维力学强度不高的问题,以对位芳纶为原料制备了纳米芳纶分散液,通过湿法纺丝、溶剂置换、冷冻干燥工艺制备了纳米芳纶气凝胶纤维,并通过调节溶剂置换浴中叔丁醇与水的比例,对气凝胶纤维的微观结构进行调控。结果表明:调节溶剂置换浴可使气凝胶纤维具有良好的成形性,当溶剂置换浴中叔丁醇和水的体积比为1∶1时,气凝胶纤维内部呈蓬松网状结构,其比表面积可达165.4 m^(2)/g,断裂强度为4.8 MPa;随着水的比例的增加,气凝胶纤维比表面积下降,力学强度增加;当以水为置换液时,纳米芳纶整齐取向排列,气凝胶纤维的断裂强度可达328.7 MPa。 展开更多

关键词 纳米芳纶 气凝胶纤维 湿法纺丝 溶剂置换 冷冻干燥 高性能纤维

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纳米芳纶增强聚酰亚胺气凝胶纤维的制备及其性能研究 被引量：2

8

作者 陈纤 赵昕 +3 位作者 董杰 绳索修 李海涛 滕翠青 《合成纤维工业》 CAS 2021年第2期38-42,46,共6页

以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐和1,4-二氨基苯二胺共聚制备聚酰胺酸盐前驱体溶液,通过湿法纺丝,然后经过超临界二氧化碳干燥和热亚胺化处理制得纳米芳纶(ANFs)增强聚酰亚胺(PI)气凝胶纤维(简称PI/ANFs气凝胶纤维),研究了气凝胶纤维的结... 以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐和1,4-二氨基苯二胺共聚制备聚酰胺酸盐前驱体溶液,通过湿法纺丝,然后经过超临界二氧化碳干燥和热亚胺化处理制得纳米芳纶(ANFs)增强聚酰亚胺(PI)气凝胶纤维(简称PI/ANFs气凝胶纤维),研究了气凝胶纤维的结构与性能。结果表明:傅里叶变换红外光谱和X射线衍射光谱表征所制备的PI/ANFs气凝胶纤维为目标产物;PI/ANFs气凝胶纤维的截面具有大量的孔结构且分布较为均匀;PI/ANFs气凝胶纤维的比表面积为152 m^(2)/g,孔径主要分布在10~25 nm之间,密度为0.21 g/cm^(3),孔隙率大于85%;PI/ANFs气凝胶纤维在空气气氛下的最大热分解温度为625℃,在氮气气氛下950℃的残炭率为67%;PI/ANFs气凝胶纤维的断裂强度和初始模量分别为(2.5±0.5)MPa和(109±10)MPa。 展开更多

关键词 聚酰亚胺气凝胶纤维 湿法纺丝 纳米芳纶 超临界二氧化碳 结构 性能

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气凝胶/纤维复合材料的热学和力学性能以及界面相容性的研究进展 被引量：1

9

作者 付宇 王洋 蔡明 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1-13,共13页

气凝胶/纤维复合材料因具有高孔隙率、低体积密度、高比表面积、低热导率等优点,在航空航天、国防军工、环境治理、生物医药等领域展现出广泛的应用前景。本文综述了气凝胶/纤维复合材料的热学和力学性能以及界面相容性,介绍了传热机制... 气凝胶/纤维复合材料因具有高孔隙率、低体积密度、高比表面积、低热导率等优点,在航空航天、国防军工、环境治理、生物医药等领域展现出广泛的应用前景。本文综述了气凝胶/纤维复合材料的热学和力学性能以及界面相容性,介绍了传热机制,力学性能增强机制以及界面相容性黏合机制,考虑到不同纤维的体积分数和纤维的多尺度即不同纤维直径(长径比)和纤维之间的孔隙直径,总结了不同纤维嵌入对复合材料最终性能的影响。最后,针对气凝胶/纤维复合材料的耐热性、改善力学性能以及材料界面结合等提出未来的研究方向。 展开更多

关键词 气凝胶/纤维 热学性能 力学性能 界面相容性

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酚醛气凝胶/炭纤维复合材料的结构与烧蚀性能 被引量：10

10

作者 朱召贤 董金鑫 +2 位作者 贾献峰 龙东辉 凌立成 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期370-376,共7页

分别以密度为0.15 g/cm^3的铺层炭纤维毡和炭纤维穿刺编织体作增强体,采用酚醛树脂浸渍炭纤维,经溶胶-凝胶过程,制备出不同密度和结构的酚醛气凝胶/炭纤维复合材料(PAC)。研究表明,所制复合材料具有轻质(0.27～0.40 g/cm^3)和低热导率(0... 分别以密度为0.15 g/cm^3的铺层炭纤维毡和炭纤维穿刺编织体作增强体,采用酚醛树脂浸渍炭纤维,经溶胶-凝胶过程,制备出不同密度和结构的酚醛气凝胶/炭纤维复合材料(PAC)。研究表明,所制复合材料具有轻质(0.27～0.40 g/cm^3)和低热导率(0.056～0.068 W·(m·K)^(-1))特点;炭纤维穿刺编织体复合材料(P-PAC)的弯曲强度是铺层炭纤维毡复合材料(L-PAC)的2倍,当P-PAC密度为0.40 g/cm^3时,其弯曲强度可达35.9 MPa;P-PAC具有更优的耐烧蚀性能,在2 000℃、60 s的烧蚀条件下,其质量烧蚀率为0.0043 g/s、线烧蚀率为0.0147 mm/s。酚醛粒子因纳米尺寸效应能够完全分解、蒸发、升华,充分带走表面热,而气凝胶多孔结构也有效的阻止表面热量向内部传递,因而酚醛气凝胶/炭纤维复合材料具有优异的微烧蚀/隔热一体化功能。 展开更多

关键词 热防护材料 酚醛气凝胶/炭纤维复合材料 微烧蚀 隔热

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包载型聚丙烯腈/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维制备及其隔热性能 被引量：1

11

作者 王新庆 季东圣 +5 位作者 李舒畅 杨晨 张宗宇 刘实诚 王航 田明伟 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期35-42,共8页

针对传统气凝胶纤维后处理操作复杂、加工不稳定等问题,且为有效集成纳米气凝胶与纳米纤维功能和结构优势,本文围绕新型气凝胶复合纳米纤维成形与结构调控的关键难题,利用溶液喷射同轴纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)与SiO_(2)气凝胶通过一步... 针对传统气凝胶纤维后处理操作复杂、加工不稳定等问题,且为有效集成纳米气凝胶与纳米纤维功能和结构优势,本文围绕新型气凝胶复合纳米纤维成形与结构调控的关键难题,利用溶液喷射同轴纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)与SiO_(2)气凝胶通过一步法制备PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维,研究了复合纳米纤维中SiO_(2)气凝胶质量浓度对纤维形态结构、稳定性、孔径分布、隔热性能的影响。结果表明:所制备的PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维形态结构上呈三维卷曲状,SiO_(2)气凝胶的引入使纤维表面形成多孔褶皱型结构,且纤维表面的微孔、介孔含量随SiO_(2)气凝胶质量浓度的增加逐渐增多;该气凝胶复合纳米纤维具有优异的隔热性能,当SiO_(2)气凝胶质量浓度为6 mg/mL时,PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维在40℃的导热系数低至0.03738 W/(m·K),未来在服用保暖、工业隔热、军用热红外屏蔽等方面具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 聚丙烯腈 纳米纤维 溶液喷射同轴纺丝技术 气凝胶复合纤维 SiO_(2)气凝胶 隔热材料

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多学科结合,开拓创新思维 纤维质隔热材料的发展 被引量：1

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作者 汤人望 王虹 +3 位作者 李荣年 李红祝 胡晓东 王建江 《中华纸业》 CAS 2016年第22期13-15,共3页

介绍了隔热材料的种类与性能、国内纤维质隔热材料现状,以我国特殊工业领域应用的耐高温纤维质隔热保温材料(纸)的发展及最新成果为例,重点阐述开拓创新思维,通过多学科结合,研究纤维增强气凝胶隔热材料(纸)的成果。

关键词 纤维质隔热材料 纤维增强气凝胶 多学科结合

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