1. 研究背景：

        气凝胶纤维具有低密度、高孔隙率、大比表面积等特征，在隔热保温、医疗保健、柔性电子以及能源环保等领域表现出广泛应用前景。根据不同前驱体或纳米构筑单元特性，研究人员开发出多种气凝胶纤维制备策略，包括限域纺丝、微流控纺丝、冷冻纺丝、液晶纺丝、湿法湿纺、反应纺丝等。然而，目前所有气凝胶纤维制备策略都受到纺丝速度低的困扰，极大地阻碍了气凝胶纤维大规模生产及实际使用。在传统纤维制备方法中，气流纺丝利用高速气流在气液界面形成剪切，使得纺丝液沿气流方向形成快速射流，纺丝速度可达500 m/min。然而，传统气流纺丝技术利用低沸点溶剂制备纺丝液，以便在纺丝过程中蒸发，形成纤维内部致密无孔，此外气凝胶纤维制备所依赖的溶胶-凝胶转变过程缓慢，与纺丝速度不匹配。

2.  文章概述：

        近日，由中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同研究员领导的气凝胶团队提出了一种新型气流纺丝制备气凝胶纤维策略，它不同于传统气流纺丝工艺，纺丝液中溶剂几乎不挥发以保持纤维纺出时形态，溶胶-凝胶转变过程与纺丝过程分开以克服溶胶-凝胶转变速度与纺丝速度不匹配问题。作为概念验证，利用该新型气流纺丝策略制备芳纶气凝胶纤维，其纺丝速度可达300-700 m/s，是目前气凝胶纤维制备速度的最高值，与工业上纤维制备速度（200-1000 m/s）相当。所得芳纶气凝胶纤维表现出高比表面积（180 m2/g），单根气凝胶纤维拉伸强度达到58.7±3.9 MPa，是目前已报道气凝胶纤维的最高值。由气凝胶纤维组成的非织造布具有超高吸水率和微粒阻挡性能，以及良好隔热性能（0.035 W/mK）。该工作为气凝胶纤维规模化生产及实际使用提供指导和借鉴意义，比如将气凝胶纤维应用于伤口止血、电子器件防隔热等。

图1 （a）传统气流纺丝示意图。（b）新型气流纺丝制备气凝胶纤维示意图。

图2纺丝液（以芳纶纳米纤维分散液为例）表征。 a纺丝液稳定性示意图。b纺丝液剪切变稀特征示意图。c纺丝液溶胶-凝胶转变过程示意图。d鼓气后芳纶纳米纤维原子力显微照片。e纺丝液表观粘度与剪切速率关系图。f纺丝液在剪切速率周期性振荡下模量和表观粘度。g纺丝液断裂伸长率与浓度关系。h湿法纺丝制备不同直径溶胶纤维的凝胶时间和停留时间。i新型气流纺丝策略制备不同直径溶胶纤维的凝胶时间和停留时间。

图3 新型气流纺丝过程分析。a新型气流纺丝过程示意图。b泰勒锥出现范围。c气流速度分布模拟。D纺丝速度分布模拟。e新型气流纺丝过程纺丝液概率分布。f不同输送带速度下凝胶纤维直径分布。g不同纺丝速度下凝胶纤维生产速度。

图4芳纶气凝胶纤维/非织造布性能。a尺寸为3 m×0.15 m的芳纶气凝胶非织造布照片。芳纶气凝胶纤维/非织造布偏光纤维照片b、扫描电镜照片c-d。e芳纶气凝胶纤维氮气吸-脱附曲线。f芳纶气凝胶纤维应力应变曲线，插图为芳纶气凝胶非织造布应力应变曲线。g芳纶气凝胶纤维与先前报道气凝胶纤维拉伸强度比较。

图5芳纶气凝胶非织造布止血与隔热性能。a 芳纶气凝胶非织造布吸水过程光学显微照片。芳纶气凝胶非织造布、棉球和商用纱布吸水能力b、止血时间c和失血量d比较。e芳纶气凝胶非织造布止血机理示意图。f芳纶气凝胶非织造布、湿纺气凝胶织物、中空纤维毡和超细纤维毡的热导率随温度变曲线。g芳纶气凝胶非织造布和商用超细纤维隔热性能比较。h芳纶气凝胶非织造布隔热机理示意图。

        该项目研究获得国家自然科学基金（52373257, 52173052）等项目的资助，谨此感谢。

        以上文章转载于微信公众号 MaterialsViews ，如有侵权，请及时联系我们修改或进行删除。