01
背景介绍
随着航空工业的不断扩大，高性能、多功能轻量化材料的发展受到了相当的重视。在这种情况下，具有分层多孔结构的纤维材料对热管理应用非常重要。作为一类纤维材料，具有纳米级结构组装的气凝胶可以提供极高的孔隙度，这使其成为包括能源，生物医学和环境在内的各种领域的先驱材料尽管气凝胶的性能有了显著的改善，但最近的进展表明，传统的大块单片几何形状的气凝胶有许多缺点，这阻碍了将这些材料集成到航空和航天工业的复杂结构中为了解决这个问题，二维（2D）气凝胶薄膜已经出现，这大大提高了气凝胶的实用性和功能性。在过去的几年中，各种气凝胶薄膜及其复合材料都具有独特的特性，即形状可配置性、可加工性和增强的可垂性。当二维气凝胶膜进一步转化为一维(1D)气凝胶纤维时，其性能显著提高。气凝胶纤维具有良好的柔韧性和延伸性，有利于复杂结构的设计和制造。
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成果掠影
近日，多伦多大学Hani E. Naguib团队报道了具有扭曲结构的气凝胶纤维束的发展，这是提高气凝胶纤维力学性能和实用性的一种有前途的策略。采用溶胶-凝胶约束过渡法制备了聚酰亚胺（PI）气凝胶纤维。该纤维具有独特的纳米结构，具有高比表面积、优异的光学透明度、在各种极端条件下的优异柔韧性、自熄性能和优异的隔热性能。以PI气凝胶纤维为骨架，设计制作了不同构型的气凝胶纤维束。系统地分析了设计参数对管束力学性能的影响。结果揭示了束的最佳捻度水平，导致不同束配置的机械性能达到峰值。观察到的机械性能的改善归因于纤维与纤维结合强度的增加、摩擦的增强和纤维的联锁机制，强调了优化捻度对提高气凝胶纤维束性能的潜力。总的来说，气凝胶纤维束的发展在革命性地生产用于热管理应用的高性能超轻质材料方面具有很大的前景。研究成果以“Polyimide Aerogel Fiber Bundles for Extreme Thermal Management Systems in Aerospace Applications”为题发表在《ACS Applied Materials&Interfaces》期刊。
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图文导读
图1 PI气凝胶纤维合成及气凝胶束制备、形貌和结构表征示意图
图2 气凝胶纤维的机械性能和热管理性能
图3 热管理性能实测
图4 (A) PI气凝胶织物、(B)凯夫拉纤维织物和(C)棉织物安装在温度从室温到120℃不等的热台上的热图像。
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