2024年2月18日
气凝胶是一种三维网状纳米多孔材料,其孔隙率可达90%以上,比表面积可达900m2/ g,密度可低至0.002g/cm3,是迄今为止密度最低的固体。气凝胶的导热系数可达0.013~0.018W / (m·K),是一种优良的隔热保温材料。近年来,随着气凝胶制备技术的发展,该材料已经产业化并逐渐向民用领域推广,可用于户外服装及其他户外用品。
美国OROS公司以美国航空航天局(NASA)宇航服制备时所用聚酰亚胺(PI)气凝胶及其复合材料为原料,开发了一款SOLARCORE®隔热材料,其仅需要2~3mm的厚度,即可达到30~45mm填充羽绒的保暖效果,据称即使在液氮环境下,也能保持32℃的内部温度。目前该隔热材料已经应用在其多款产品中。
广州恩沣新材料科技有限公司的“温倍丝”超薄纳米御寒新材料,是一种全新的纳米级气凝胶复合新材料,厚度仅1mm,体积约80%皆为空气,因而轻盈无比,其能够抵御-25℃左右的寒冷,相当于40mm羽绒服的保温效果,而产品克重仅为40g/m2左右。
日本Cosette集团推出3D打印冷却膨胀面料,其为结合气凝胶和3D打印技术开发的面料,利用气凝胶应对温度变化反应不同的原理,涂有气凝胶的双层面料在温度降低后夹层中间出现空气层,由空气层实现隔热保温效果。由于气凝胶的99.8%是空气,因此实现了由温度变化带来的体积变化。
东华大学也一直在从事气凝胶材料的研究,俞建勇院士团队采用三维反应静电纺丝法合成了一种具有三维交织卷曲纳米纤维结构的陶瓷气凝胶(ICCAs),该气凝胶具有良好的热隔绝性能;利用湿法纺丝结合冷冻干燥实现了纳米芳纶(ANFs)气凝胶纤维的连续化制备,通过调控微观结构以及构成分子间的相互作用,制备了高孔隙率、机械性能优异、柔韧的ANFs气凝胶纤维。利用ANFs气凝胶纤维编织的织物在较宽的温度条件内(-30~200 ℃)表现出优异、持续且稳定的隔热保温效果。此外,通过简单的表面疏水改性,这种ANFs气凝胶织物在高湿热环境中依然表现出优异的热防护性能。
目前,气凝胶在服装领域应用时遇到的主要问题是其力学性能过差。虽然研究者和生产企业尝试了多种方法,但迄今为止这一问题尚未根本解决。以现有技术制备的气凝胶在实际应用时仍有很多局限性,突破气凝胶制备及应用过程中的关键技术,克服气凝胶的弱点,是材料领域研究者必须面对的重大挑战。
(来源:纺织导报)
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