M5气凝胶 – 湖南奥飞新材料有限公司 https://alfy.cn Mon, 21 Apr 2025 01:28:23 +0000 zh-Hans hourly 1 https://wordpress.org/?v=6.9.4 https://img.alfy.cn/wp-content/uploads/2024/12/alfy-ico.svg M5气凝胶 – 湖南奥飞新材料有限公司 https://alfy.cn 32 32 南大学孙正明、张培根、苏州纳米所王锦ChemSusChem：具有优异热稳定性和固有阻燃性的超轻M5气凝胶 https://alfy.cn/2219.html https://alfy.cn/2219.html#respond Fri, 18 Apr 2025 01:20:24 +0000 https://alfy.cn/?p=2219 阅读更多]]> 传统气凝胶在实现低密度和高孔隙率的同时，往往难以兼顾机械性能，以及热稳定性、阻燃性等多重要求，限制了其在极端环境和多功能应用中的使用。纳米纤维因其高长径比和各向异性结构，能够通过互相连接有效促进凝胶化过程，已成为气凝胶组装的理想构建材料。与传统溶胶-凝胶法制备的无机气凝胶骨架（其充满颗粒连接点，易导致应力集中）相比，纳米纤维气凝胶通过形成面对面的连接点，显著减少了类似珍珠状的连接，从而降低了应力集中现象。然而，在低密度条件下实现同时具有高热稳定性、低热导率和阻燃性的聚合物气凝胶仍然是一项极具挑战性的课题。因此，开发新型高性能聚合物纳米构筑单元是协同提升气凝胶多参数性能，突破当前气凝胶技术瓶颈的关键。

近期，东南大学孙正明教授、张培根副教授联合中科院苏州纳米所王锦研究员提出了一种纳米纤维重组三维网络策略。该策略利用高性能聚（2,5-二羟基-1,4-苯基吡啶二咪唑，简称PIPD或M5）纤维制得M5气凝胶，并用强酸对其进行质子化处理得到酸性M5纳米纤维分散液；随后，采用盐进行去质子化，形成M5凝胶，最终通过干燥和热处理制得M5气凝胶。该凝胶具有低密度（6.03 mg/cm³）、低热导率（32 mW·m⁻¹·K⁻¹）、高热稳定性（463 °C）和优异的阻燃性（LOI=50.3%）、压缩回弹性（80%）以及高比表面积462.1 m²/g。有趣的是，PIPD纳米纤维不仅赋予M5气凝胶优异的机械性能和热性能，还比纤维素和芳纶纳米纤维等气凝胶具有更好的阻燃性能。该策略对于探索提高聚合物气凝胶的热稳定性、力学性能、隔热保温性能具有指导和借鉴意义。

图1 (a)：M5气凝胶制备过程中各步骤的示意图；(b)：宏观 M5 纤维的数码图像和扫描电子显微镜图像；(c)：M5 纤维直径分布的图；(d)：M5纳米纤维透射电子显微镜图像；(e)：M5 纳米纤维分散体转化为凝胶的凝胶化过程；(f)：M5 气凝胶的实物照片；(g)：M5A和M5NF及M5原材料的氮吸附-脱附等温线和孔径分布。
图1 (a)：M5气凝胶制备过程中各步骤的示意图；(b)：宏观 M5 纤维的数码图像和扫描电子显微镜图像；(c)：M5 纤维直径分布的图；(d)：M5纳米纤维透射电子显微镜图像；(e)：M5 纳米纤维分散体转化为凝胶的凝胶化过程；(f)：M5 气凝胶的实物照片；(g)：M5A和M5NF及M5原材料的氮吸附-脱附等温线和孔径分布。
 图2  (a)：M5 气凝胶的扫描电子显微镜（SEM）图像；(b)：M5 纳米纤维的放大 SEM 图像；(c)：M5 纳米纤维直径分布图；(d)：M5、M5NF 和 M5A 的傅里叶变换红外光谱；(e)：M5A 和 M5NF 的 XPS C 1s 光谱；(f)：M5A 和 M5NF 的 XPS N 1s 光谱；(g)：化学反应过程示意图。
 图2  (a)：M5 气凝胶的扫描电子显微镜（SEM）图像；(b)：M5 纳米纤维的放大 SEM 图像；(c)：M5 纳米纤维直径分布图；(d)：M5、M5NF 和 M5A 的傅里叶变换红外光谱；(e)：M5A 和 M5NF 的 XPS C 1s 光谱；(f)：M5A 和 M5NF 的 XPS N 1s 光谱；(g)：化学反应过程示意图。
 图3  (a)：不同 M5A 在室温下的热导率；(b)：M5A 在不同温度下的热导率；(c)：M5 纤维、M5 纳米纤维和 M5A在氮气气氛下的热重曲线；(d)：不同气凝胶和泡沫材料的热导率与最高工作温度的对比图。  
 图3  (a)：不同 M5A 在室温下的热导率；(b)：M5A 在不同温度下的热导率；(c)：M5 纤维、M5 纳米纤维和 M5A在氮气气氛下的热重曲线；(d)：不同气凝胶和泡沫材料的热导率与最高工作温度的对比图。  
图 4  (a)：M5 气凝胶阻燃性展示；(b)：M5A 和其他材料的极限氧指数对比图；(c)：红外热成像下M5A的隔热效果；(d)：M5A隔热测试中表面温度的变化趋势；(e)：M5A 薄膜在弯曲后恢复原状的能力；(f)：M5A薄膜的贴合性和保温性能；(g)：复合相变薄膜的DSC曲线。
图 4  (a)：M5 气凝胶阻燃性展示；(b)：M5A 和其他材料的极限氧指数对比图；(c)：红外热成像下M5A的隔热效果；(d)：M5A隔热测试中表面温度的变化趋势；(e)：M5A 薄膜在弯曲后恢复原状的能力；(f)：M5A薄膜的贴合性和保温性能；(g)：复合相变薄膜的DSC曲线。

总结

本文提出了一种创新性的纳米纤维重组策略成功制得高性能M5气凝胶。该气凝胶表现出优异的多参数性能，包括极低的密度、低热导率、出色的固有阻燃性、良好的压缩回弹性以及高比表面积。此外，其热稳定性高达463°C，与传统聚合物气凝胶相比，M5气凝胶在整体性能上实现了显著突破，特别是在力学性能、热学性能和阻燃性方面。

该研究为高性能聚合物气凝胶的制备提供了一种新思路，不仅展示了高性能聚合物纳米纤维在气凝胶结构设计中的潜力，还为解决低低密度与阻燃隔热之间的矛盾提供了技术参考。为未来新型轻质隔热材料的开发以及高性能气凝胶的应用奠定了理论和实践基础。   

]]> https://alfy.cn/2219.html/feed 0