随着人类活动持续污染全球生态系统,自然灾害和极端天气事件的日益频繁构成了严峻的挑战。在这种情况下,个人和工程设备都面临着复杂的威胁,包括机械冲击、极端温度、湿气腐蚀和冰侵蚀.因此,在个人健康保障和工业安全方面迫切需要更高的标准,这需要开发在各种工作条件下具有多功能保护性能的新型材料。在自然界中,生物体在数百万年的时间里进化出独特的结构,以适应复杂的环境。例如,蜂窝结构表现出非凡的承载能力,可以通过薄壁屈曲吸收大量的冲击能量。利用相互关联的复杂多孔结构的变形和损伤,柚子皮可以有效地吸收冲击和振动能量,从而防止果实掉落时受到损坏。此外,这种结构还表现出优异的保温效果。这些仿生机制为设计功能性材料和实现最佳防御效率与便携性提供了新的思路。
图1. ANFP气凝胶的制备与表征
图2. ANFP气凝胶的力学性能
图3. ANFP气凝胶的抗冲击性能
图4. ANFP气凝胶的隔热和阻燃性能
图5. ANFP气凝胶的疏水和防冰特性
图6. ANFP气凝胶在防冰、保温和抗冲击方面的应用
由于全球气候变化导致户外设备结冰风险剧烈,而ANFP气凝胶因其防冰特性成为了防冰领域极具潜力的材料。通过构建低温装置验证了ANFP在管道防冰中以及电池安全防护中的应用潜力,与PU和EVA泡沫相比,ANFP2表面的结霜时间更晚,且在低温下抗冲击性能优于EVA和PU泡沫。同时开展了对锂电池的保护测试,实验表明,有ANFP2保护的锂电池在低温环境中能够保温更长时间,电压下降幅度更小。受落锤冲击后电压变化小且无明显损坏,而未保护的电池电压变化大且明显变形。
原文链接:
Zhihao Hu, Sheng Wang, Jianpeng Wu , Zimu Li, Shuai Liu, Yue Yao, Shilong Duan, Guilin Mei and Xinglong Gong. Robust multi-scale bionic ANF/PMSQ aerogel featuring impact protection, thermal insulation and anti-icing functions. Composites Part B: Engineering. 2025, 112304. DOI: 10.1016/j.compositesb.2025.112304.
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112304
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