江西理工大学张思钊课题组 IJBM：生物基气凝胶的多功能赋予及其协同优化

2024-09-10 来源：高分子科技

气凝胶材料作为基础性战略前沿新材料，是国家重点发展的新材料之一。《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》指出“应加强绿色低碳重大科技攻关和推广应用，加快先进适用技术研发和推广，推动气凝胶等新型材料研发应用”。生物基气凝胶因其原料来源广泛、可环境降解、低成本等特点，在建筑节能、电子信息、分离吸附、催化以及生物医药等领域颇具应用潜力。然而，目前构筑更具实际应用价值的多功能一体化生物基气凝胶仍面临诸多困难和挑战。

图1 生物基气凝胶样品及多功能特性

江西理工大学张思钊副教授课题组提出通过超分子作用构建壳聚糖/细菌纤维素气凝胶纳米网络骨架，成功制备了一种耐湿热、抗疲劳、阻燃防火、疏水防潮的壳聚糖/细菌纤维素杂化气凝胶。所得气凝胶表现出多功能于一体的性能特征，如高强度（可承受超过自重10676倍水瓶），低热导率（在常压常温下低至22 mW m^?1 K^?1），以及出色的抗疲劳特性（经10000次压缩循环，低应变条件下无塑性变形）。

图2 不同应变场下生物基气凝胶的微观网络结构演变规律

另一方面，气凝胶表现出优异的抗湿热性和超疏水特性（在70℃和85%相对湿度下，160 h处理后，吸湿率小于0.88%），优异的热冲击特性（可承受至少200次?30℃和60℃间快速高低温冷热循环处理），以及良好的阻燃特性（0.6 s内迅速自熄）。经过疏水处理后，气凝胶在3%应变条件下的压缩应力高达0.223 MPa，相较于疏水前样品增幅27%，实现了生物基气凝胶疏水性能与力学性能的协同优化。

图3 高低温冷热循环条件下生物基气凝胶的微观形貌结构演变

图4 生物基气凝胶隔热性能评价及阻燃防火特性验证

上述研究成果以“Microstructural Evolution of Bio-Based Chitosan Aerogels for Thermal Insulator with Superior Moisture/Fatigue Resistance and Anti-Thermal-Shock”为题发表于International Journal of Biological Macromolecules上。江西理工大学国际创新研究院硕士研究生廖晏榕为论文第一作者，通讯作者是张思钊副教授。该项工作得到了江西省重点研发计划、江西省自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.134681

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（责任编辑：xu）

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