东华大学朱美芳院士团队AM：隔热气凝胶纤维研究进展

     人类是吸热恒温动物，要维持体内温度才能维持生命。然而，在恶劣环境中，如严寒的冬天，人类的生理适应能力是非常有限的。从古代的动物皮毛到现代的合成保温材料，科技进步为人类提供了在恶劣环境中生存的可能性。气凝胶因其极低的密度和特别的孔隙结构，在隔热材料领域收到广泛关注。但由于传统气凝胶的机械结构不稳定性，限制了实际的应用范围。朱美芳院士团队开发的气凝胶具有大而均匀的长度与直径，作为构建块，通过冷冻成型技术将其组装成具有波纹片层结构的气凝胶毡。这些气凝胶具有优异的机械性能，可以满足织物的弹性和舒适性需求，还具有自清洁、防水、透气和阻燃的特性，适用于恶劣环境中的应用要求。

     采用海岛型熔纺技术（如图1），利用CoPET和PPS分别作为“海”和“岛”的组成部分进行双组份熔融纺丝，通过多个步骤逐步缩小纤维直径，得到高长径比的连续超细纤维。这些纤维具有极细的直径（约1微米）。随着拉伸比的增加，纤维的分子链取向逐步有序化，并形成高结晶度的结构。这种高结晶度在纤维的力学强度上发挥了重要作用，使得最终材料具备优异的机械性能。

图2. LFFAs的基本结构特征和机械柔韧性

通过一系列力学测试（如图3）表明LFFAs在拉伸和压缩下的出色弹性和耐久性。例如LFFAS可以在25%的拉伸下保持弹性恢复性，表现出优异的拉伸性能。在压缩应变测试中，可以承受高达95%的压缩应变并恢复到原始形状，具有很高的恢复性。LFFAS在经过10000次压缩循环后仍能保持良好的疲劳耐久性，这表明LFFAs在多次使用或长时间负荷下具有稳定性。这些气凝胶的优异机械性能，可以满足织物的弹性和舒适性需求，包括很强的柔韧性。

图4. 多功能隔热气凝胶的特性

通过接触角测试展示了材料的超疏水特性（接触角达到154°），并且能够自清洁，在水流下轻松去除表面灰尘和污渍。具有优异的透气性，可有效防止液态水渗透，同时允许水蒸气逸出，适合于湿度较高的环境。在阻燃性能测试中，材料达到V0级阻燃等级，展示了在火焰接触下的自熄性和高热稳定性，能够在紧急情况下提供额外的防护。所得的气凝胶毛毡服装表现出优异的隔热性能，接近于干燥空气的隔热性能，其厚度仅为具有类似隔热性能的羽绒服的三分之一。（如图4）

     综上，这项研究成功地解决了气凝胶在实际应用中的机械脆弱性和结构不稳定性问题。通过海岛熔融纺丝技术制备的超细纤维，构建了一种新型的气凝胶结构，这种结构不仅具有出色的机械性能，还具备了舒适性、自清洁性、防水性、透气性和阻燃性。这些特性使得气凝胶服装在恶劣环境下的保温领域具有广泛的应用潜力，如日常保暖、户外运动和紧急救援特殊服装等。此外，由于熔融纺丝技术的成熟和先进性，这种气凝胶的大规模制备成为可能，为未来隔热材料的发展开辟了新的道路。