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  因防寒服裝對保暖性、輕便性以及功能化的要求越來越高，造成了對其基礎(chǔ)材料——保暖纖維的要求也越來越高。天然纖維與傳統(tǒng)化學(xué)纖維的應(yīng)用潛能幾乎已開發(fā)完畢，因此需要對傳統(tǒng)的化學(xué)纖維進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新以獲得更加良好的保暖性能。上世紀(jì)五十年代，美國杜邦公司開發(fā)出了異形纖維，化學(xué)纖維的光澤性、蓬松性等特性獲得了極大改善。在眾多的異形纖維之中，中空纖維因?yàn)轱@著提高了其內(nèi)部靜止空氣的含量，因此明顯提高了化學(xué)纖維的保暖性能。上世紀(jì)七十年代，科研人員開發(fā)出超細(xì)纖維，由超細(xì)纖維制作的人造皮革等仿生材料使化學(xué)纖維的保暖性能與天然材料平齊。通過對中空纖維和超細(xì)纖維的研究發(fā)現(xiàn)，纖維材料的保暖性能與纖維材料內(nèi)部靜止空氣含量成正比，與纖維直徑大小成反比，與整體材料密度成反比。氣凝膠纖維具有孔隙率極高、密度超低等顯著特征，理論上是隔熱保溫效果最好的一種纖維，有望取代超細(xì)纖維、甚至顛覆羽絨，是下一代保暖纖維的最重要發(fā)展方向。但氣凝膠的高孔隙率特征也造成其制備面臨著極大挑戰(zhàn)。

  鑒于此，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張學(xué)同研究員領(lǐng)導(dǎo)的氣凝膠團(tuán)隊(duì)（http://www.aerogel-online.com/index.php）通過溶解杜邦^TM的Kevlar纖維獲得納米纖維分散液，然后進(jìn)行濕法紡絲、特種干燥等過程制備出了一種具有高孔隙率（98%）和高比表面積（240 m2/g）的凱夫拉氣凝膠纖維，如圖所示。該氣凝膠纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可以任意彎曲、打結(jié)、編織等。該氣凝膠纖維同時(shí)具有優(yōu)異的隔熱性能，常溫下熱導(dǎo)率僅為0.027 W/m·K，在低溫下其隔熱性能是棉布的2.8倍，可在-196~300℃的極端環(huán)境下長時(shí)間發(fā)揮隔熱保溫性能。此外，該氣凝膠纖維還具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，可進(jìn)行染色、疏水化、化學(xué)鍍等多種改性且不損傷氣凝膠主體骨架結(jié)構(gòu)。最后，該氣凝膠纖維也可以通過填充相變材料制備成空調(diào)纖維，其熱焓值可達(dá)162 J/g，遠(yuǎn)超現(xiàn)有商用Outlast空調(diào)纖維的熱焓值。 

凱夫拉氣凝膠纖維

  相關(guān)成果以“Nanofibrous Kevlar Aerogel Threads for Thermal Insulation in Harsh Environments”為題，發(fā)表于國際期刊《ACS Nano》(DOI: 10.1021/acsnano.9b01094)上。博士生劉增偉和博士后呂婧是該論文的共同第一作者，張學(xué)同研究員是該論文的通訊作者。論文工作獲得了國家自然科學(xué)基金委、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、英國皇家學(xué)會-牛頓高級學(xué)者基金等資助。 

  美國Chemical & Engineering News（簡稱 C&EN），以“Kevlar, the tough material used in body armor and sporting gear, now comes in aerogel form”為題，對團(tuán)隊(duì)的研究成果進(jìn)行了報(bào)道，網(wǎng)址如下： https://cen.acs.org/materials/polymers/Kevlar-tough-material-used-body/97/i19 

  論文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.9b01094