气凝胶作为一种理想的隔热材料被广泛的应用，但是由于它的易碎性和加工性差，导致在纺织方面的应用受到了限制。开发气凝胶纤维是解决这一问题的思路，但是现有的气凝胶纤维在编织时仍然存在强度和柔韧性不够的缺点，目前设计和制造具有优异保温性能和多功能气凝胶纤维依旧是一个挑战。
浙江大学Hao Bai和Weiwei Gao课题组通过模拟北极熊毛发的核-壳结构开发了一种用可拉伸橡胶层包裹的具有层状孔隙的聚合物气凝胶纤维实现了气凝胶在隔热纺织品中的实际应用。开发的气凝胶纤维具有90%以上的高内部孔隙率，抗拉强度约为7.3至12.7MPa,还具有1000%~1600%的应变拉伸性。相同保暖情况下，用此纤维编织的毛衣只有羽绒五分之一厚。
图1：气凝胶纤维的设计与制备。(A)北极熊毛的隔热原理图。(B)本设计气凝胶隔热的原理图。(C)通过冷冻纺丝和涂层干燥步骤制备气凝胶纤维的流程图。(D)(E)北极熊毛发和气凝胶纤维的图像。(F)制备的气凝胶纤维卷。
图2：壳厚可控的气凝胶纤维微结构和其热力学性能。(A)(B)(C)(D):壳厚分别为0，30，80，140μm，径向截面SEM图，多孔直接600mm。(E)拉伸应变曲线图。当壳厚为140mm强度和拉伸性较好。(F)单个纤维图。(G)壳厚与抗拉强度关系图。表明随着壳厚的增加其平均抗拉强度提高。
图3：气凝胶纤维的保温性，防水性，柔韧性和可染性。(A)纤维拉伸与松弛示意图。(B)纤维从0~1000%应变拉伸的图像。(C)纤维表面与背景热的平衡温差，说明了纤维稳定的保温性能。(D)对纤维进行染色。(E)编织的中国结，展示了纤维的柔韧性。(F)(G)有包覆和未包覆气凝胶纤维在水中浸泡和空气干燥后的形态变化。说明了设计的纤维的防水性能优越。
图4：用气凝胶纤维编织的气凝胶纺织品。(A)(B)商业和气凝胶纺织品在40℃下光学和红外图像和纤维表面与环境温度平均温差。展示了气凝胶纺织品的保温性能优越。(C)(D)(E)用气凝胶纤维制的纺织品图。表明气凝胶纤维可以抵抗编织过程中的剪切和拉伸。由此产生的纺织品也足够灵活，可以折叠或弯曲成各种形状。(F)40℃时保温性能相同时，气凝胶纺织品和羽绒厚度图。(G)气凝胶纺织品与羊毛纺织品的针织结构对比，展示了气凝胶纤维的可加工性。(H)气凝胶纤维与其他保暖衣服的保暖性对比。
作者采用仿生北极熊毛发保暖的方式，设计了用可拉伸橡胶包裹具有层状孔隙的聚合气凝胶纤维。设计的纤维可以承受超过10,000次的加载-卸载拉伸循环，并且具有极高的隔热稳定性，有卓越的耐用性。为气凝胶纤维在纺织行业的应用提供了新的策略。
【参考文献】
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj8013
无法设置外链，请点击下方阅读全文浏览。
【相关阅读】
电子织物Science-仅使用阳光的自我维持个人全天体温调节服
电子织物-一种用于严寒酷暑环境下高效个人热管理的分层纳米纤维自清洁纺织品
...................................................
WEST可穿戴电子b微信群开通。欢迎加入、推荐、分享和交流，谢谢！
该平台免费提供相关领域的论文宣传和招生招聘，有兴趣请关注订阅号给小编留言或者邮件联系 E-mail：wonger.west@gmail.com
