摩擦纳米发电机（TENG）可以为可穿戴电子设备提供持续的电力，在智能防护织物领域具有潜在应用。气凝胶纤维因其轻质和优异的隔热性能，是一种较为理想的制备极端环境用柔性摩擦纳米发电机的材料，如用于消防服等消防设备。然而，传统的无机气凝胶脆性大、力学性能差，限制了其在柔性TENG中的应用。而有机的聚合物基气凝胶纤维虽然韧性好，但是耐火性能差，难以在火灾等极端环境中稳定使用。

  针对这些问题，东华大学材料科学与工程学院叶长怀教授、朱美芳院士团队设计了一种新型的双网络结构二氧化硅/芳纶纳米纤维复合气凝胶纤维，克服了现有材料的局限，提供了一种既具备优异耐火和隔热性能，又具有良好韧性的柔性气凝胶纤维材料。通过湿法纺丝，在芳纶纳米纤维湿凝胶网络中生长具有更小尺度的纳米二氧化硅网络，进一步通过冷冻干燥方法制备得到双纳米网络的有机-无机气凝胶纤维（图1）。基于这种纳米双网络结构特点，复合气凝胶纤维结合了二氧化硅和芳纶纳米纤维气凝胶性能上的优势，具有95%的孔隙率，高拉伸强度（3.4 MPa），低热导率（0.033 W/(m·K），大比表面积（587 m2/g）和优异的耐火性能（极限氧指数47.7%）。通过测试发现，基于复合气凝胶纤维编织的织物在液氮中能反复弯曲而不破坏气凝胶的孔结构。用机器反复拍打复合气凝胶织物10000次来模拟织物实际使用场景，发现织物的重量几倍维持不变，没有传统无机气凝胶易掉粉的现象。另外，因为无机气凝胶网络中含有MTES硅源，复合气凝胶织物显示出疏水性能，具有128°的静态接触角，并且在水中浸泡12小时以上，织物仍能浮于水面上，说明液态水不能进入复合气凝胶纳米孔中。

图3 (a) 垂直接触-分离模式下TENG的摩擦发电机制。(b) 使用纯ANF、M-T/ANF和BaTiO3@M-T/ANF气凝胶织物作为摩擦电层的TENG的电输出性能。(c) 充电系统的电路图。(d) 用手拍打复合气凝胶织物点亮串联连接的10个红色LED灯。(e) TENG暴露于火焰5秒后的情况及燃烧后的复合气凝胶织物的照片。(f) TENG被燃烧5秒后的电输出结果。(g) BaTiO3@硅/ANF气凝胶织物基TENG在燃烧后的LOI值和电输出性能保持率与近期报道的阻燃TENG的比较。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202410940