摘要 當(dāng)前保暖材料的發(fā)展方向是輕質(zhì)化和高效化。本文利用濕度誘導(dǎo)靜電紡絲技術(shù)制備出了一種低導(dǎo)熱、高儲熱的超輕超彈靜電紡纖維海綿。在本項工作中，通過濕氣誘導(dǎo)靜電紡絲和熱交聯(lián)技術(shù)在纖維內(nèi)，將含有碳化鋯納米粒子(ZrC NPs)的纖維組裝成三維結(jié)構(gòu)并創(chuàng)建半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò) (semi-IPNs)，獲得了一種用作新型保暖材料的超輕超彈性纖維海綿。所得海綿經(jīng)檢測表面具有高保溫能力和有效的光熱轉(zhuǎn)換性能。這項工作為開發(fā)用于個人防寒的高性能保暖材料提供了一種新方法。 關(guān)鍵詞 濕度誘導(dǎo)；纖維海綿；靜電紡；保暖 高性能保暖材料是實現(xiàn)個體冷防護(hù)的有效途徑。目前市面上常用的纖維保暖材料主要包括天然纖維類（棉花、羊毛、羽絨等）和合成纖維類（超細(xì)纖維、中空纖維等），這些纖維的直徑均在10μm以上，為滿足極寒條件下的保暖需求，通常的方法是增加材料的重量和厚度，但同時會給穿著者尤其是作戰(zhàn)士兵造成不便。 目前，先進(jìn)的保暖材料已被科研人員所開發(fā)，并吸引了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛注意，如對織物進(jìn)行金屬化修飾，賦予材料高紅外反射性能以阻止人體輻射熱量大量耗散，但金屬層與皮膚接觸時產(chǎn)生的高導(dǎo)熱效應(yīng)會導(dǎo)致人體熱量快速傳導(dǎo)耗散，同時金屬層還存在價格昂貴的不足。此外，為拓展更多的應(yīng)用場景，電加熱保暖材料也被大量研究報道，但該類材料也面臨著能源消耗和安全性不足的缺陷。因此，開發(fā)出安全節(jié)能的輕質(zhì)高效保暖材料仍舊是當(dāng)前的一大挑戰(zhàn)。 最近東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士和丁彬研究員團隊在Elsevier旗下的Composites Communications期刊發(fā)表了題為“Ultralight and superelastic fibrous sponges with effective heat preservation and photothermal conversion for personal cold protection”的研究論文。該論文通過利用濕度誘導(dǎo)靜電紡絲技術(shù)（即高濕度（~85%）下紡絲，在接收端纖維會形成絮狀堆積，形成三維蓬松的海綿狀納米纖維氈）制備出了一種低導(dǎo)熱、高儲熱的超輕超彈靜電紡纖維海綿。 該靜電紡纖維海綿的制備流程如圖1所示，首先開發(fā)出了一種單體預(yù)聚物/線性聚合物的雙組分溶液新配方，并將光熱轉(zhuǎn)化物質(zhì)碳化鋯納米顆粒引入溶液體系內(nèi)，利用濕度誘導(dǎo)靜電紡絲技術(shù)一步制備出具有三維蓬松結(jié)構(gòu)的靜電紡纖維骨架，隨后對其進(jìn)行熱處理，使纖維內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定的聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以賦予材料良好的力學(xué)性能。 濕度誘導(dǎo)影響生成蓬松納米纖維過程如圖2所示，低濕度下得到的是致密的納米纖維膜，隨著濕度的升高，纖維膜逐漸變得蓬松，并在濕度為85%時達(dá)到最大。另外顯示濕度對納米纖維串珠形貌有顯著影響，表現(xiàn)為低濕度時纖維有較多串珠，隨著濕度的升高，纖維表面逐漸變得平滑。 所制備的靜電紡纖維海綿中的纖維平均直徑約為3μm，該材料在極低體積密度條件下（~2.8 mg/cm3）可獲得極低的導(dǎo)熱系數(shù)（~25.2 mW/m?K），與常溫常壓下的空氣導(dǎo)熱系數(shù)接近，表現(xiàn)出優(yōu)異的阻隔熱量散失的能力；同時在模擬太陽光的照射下，材料的表面溫度可以在30秒內(nèi)快速升溫至60.8℃，并最終穩(wěn)定在70.3℃，表現(xiàn)出高效的光熱轉(zhuǎn)化性能，說明材料還具有優(yōu)異的儲熱積極保暖功能。此外，該材料可承載10000倍自身重量下的大變形壓縮，并可以快速回復(fù)原來的形狀；同時在-100℃的低溫環(huán)境下，材料經(jīng)1000次循環(huán)壓縮（?=60%）后僅表現(xiàn)出極小的塑性形變，說明該材料具有優(yōu)異的低溫壓縮回彈性（圖3）。該纖維海綿優(yōu)異的綜合性能使其在耐極寒保暖材料領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。 近年來俞建勇院士和丁彬研究員團隊在濕度誘導(dǎo)靜電紡絲技術(shù)制備三維納米纖維海綿吸音、保暖材料方面成果豐碩。據(jù)不完全統(tǒng)計，2019-2021年該團隊已發(fā)表相關(guān)論文7篇，其中一區(qū)3篇，二區(qū)4篇，2021年上半年占5篇，累積IF 高達(dá)48.571 ?？梢姖穸日T導(dǎo)靜電紡絲技術(shù)研究與應(yīng)用潛力逐漸顯現(xiàn)。相關(guān)文獻(xiàn)匯總?cè)缦拢陕?lián)系文末微信二維碼索取打包全文！）： [1] Zz A , Hw B , Yang S , et al. Stretchable and resilient fibrous sponges tailored by interlocking double-network for warmth retention[J]. Composites Communications, 2021:100788. (Q2, IF=4.915(3年平均，下同)) [2] Hw A , Lei Z A , Yang S , et al. Ultralight and superelastic fibrous sponges with effective heat preservation and photo-thermal conversion for personal cold protection[J]. Composites Communications, 2021. (Q2, IF=4.915) [3] Wu H , Zhao L , Zhang S , et al. Ultralight and Mechanically Robust Fibrous Sponges Tailored by Semi-Interpenetrating Polymer Networks for Warmth Retention[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021. (Q1, IF=8.437) [4] Yf A, Dz B, Yh A, et al. Gradient structured micro/nanofibrous sponges with superior compressibility and stretchability for broadband sound absorption[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2021, 593:59-66. (Q2, IF=6.314) [5] Zhao L , Wu H , Jiao W , et al. Superelastic, lightweight, and flame-retardant 3D fibrous sponge fabricated by one-step electrospinning for heat retention[J]. Composites Communications,2021:100681. (Q2, IF=4.915) [6] D Zong, L Cao, Y Li, et al.Interlocked Dual‐Network and Superelastic Electrospun Fibrous Sponges for Efficient Low‐Frequency Noise Absorption[J]. Small Structures, 2020. (新刊，參考Small, Q1,IF=10.638) [7]Leitao, Cao, Yang, et al. Ultralight and Resilient Electrospun Fiber Sponge with a Lamellar Corrugated Microstructure for Effective Low-Frequency Sound Absorption.[J]. ACS applied materials & interfaces, 2019, 11(38):35333-35342. (Q1, IF=8.437) 環(huán)境溫濕度的精確調(diào)控是濕度誘導(dǎo)靜電紡絲實驗成敗的關(guān)鍵。

  www.qingzitech.com