由于工業(yè)的快速發(fā)展和化石能源的減少,能源消耗已成為一個至關(guān)重要的普遍問題。保溫隔熱是減少能源損失和提高全球能源效率的有效方法之一。優(yōu)異的保溫隔熱材料在航空航天、建筑節(jié)能和體育設備等領域有著廣泛的應用需求。然而,在實際應用中,隔熱材料在不同溫度和濕度條件下,其性能往往會惡化。例如當保溫隔熱材料暴露于高濕度環(huán)境中時,較高濕度的空氣(即水分子)擴散到材料中會削弱其隔熱性能,甚至破壞樣品的結(jié)構(gòu)。因此,構(gòu)建在極端濕熱環(huán)境下仍具有出色的保溫隔熱性能的塊狀材料是非常重要的。
近日,東華大學劉天西教授課題組發(fā)展了一種具有良好力學性能、超疏水、隔熱的納米纖維氣凝膠,即通過靜電紡絲和冷凍干燥技術(shù)制備了聚偏氟乙烯/聚酰亞胺(PVDF/PI)納米纖維復合氣凝膠。PVDF納米纖維和PI納米纖維分別充當疏水性纖維骨架和機械支撐骨架,形成具有良好機械柔韌性的堅固的三維框架。所得的PVDF/PI納米纖維復合氣凝膠顯示出高孔隙率(98.6%)、低密度(22.0 mg cm?3)、良好的機械穩(wěn)定性和高隔熱性(室溫下熱導率為31.0 mW m?1 K?1,300°C下為58.2 mW m?1K?1)。同時該氣凝膠展示出優(yōu)異的超疏水特性,水接觸角為152°。即使在100%濕度(80°C)下,PVDF/PI納米纖維復合氣凝膠仍顯示出較低的熱導率,僅為48.6 mW m?1k?1,其性能優(yōu)于大多數(shù)商業(yè)絕熱材料。因此,這種超疏水PVDF/PI納米纖維復合氣凝膠在保溫隔熱領域尤其是在潮濕和高溫環(huán)境中具有潛在的應用價值,可廣泛應用于建筑保溫、戶外運動裝備和石油管道保溫等領域。
該研究發(fā)表在Science China Materials上,東華大學材料科學與工程學院碩士生楊帆為第一作者,劉天西教授和樊瑋副研究員為該論文的通訊作者。該課題得到了國家自然科學基金(21674019,21704014)的資助與支持。
Fan Yang, Xingyu Zhao, Tiantian Xue, Shijia Yuan, Yunpeng Huang, Wei Fan, Tianxi Liu