中科院苏州纳米所提出制备气凝胶纤维的普适方法

据报道，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（以下简称“中科院苏州纳米所”）张学同团队提出了一种制备气凝胶纤维的普适方法，即溶胶-凝胶限域转变（SGCT）方法，巧妙地把气凝胶纤维的动态纺丝过程调整为静态的溶胶-凝胶转变过程，从而为制备任意组分的气凝胶纤维奠定了坚实的技术基础。

以聚酰亚胺（PI）气凝胶纤维制备为例，首先通过毛细管力使气凝胶前驱体溶液进入玻璃毛细管内腔，然后在毛细管的限域空间内实现前驱体的静态溶胶-凝胶转变，之后通过简单的溶剂冲洗取出凝胶纤维，最后利用超临界CO2干燥获得了相应的气凝胶纤维。由此得到的聚酰亚胺气凝胶纤维具有超高比表面积（高达364 m²/g），出色的机械性能（弹性模量为123 MPa），优异的疏水性（接触角为153°）和显著的柔韧性（曲率半径为200μm）。

与商业化的棉纤维或者实验室自制的芳纶气凝胶纤维相比，PI气凝胶纤维表现出显著优于上述两者的离火自熄灭（阻燃）特性。进一步测试表明，棉纤维的极限氧指数为24，芳纶气凝胶纤维的极限氧指数为28，而PI气凝胶纤维的极限氧指数则高达46.2。隔热性能测试表明，与传统的棉纤维及超细纤维相比，PI气凝胶纤维具有更加优异的隔热保温性能，且隔热保温性能的优异程度与气凝胶纤维的直径正相关。值得注意的是，即使在极端恶劣的环境下（-165℃ ～ 205℃的范围内），由PI气凝胶纤维制成的气凝胶织物也具有出色的隔热保温效果。此外，研究团队通过SGCT 策略成功制备出了多种有机气凝胶纤维、多种无机气凝胶纤维和有机/有机、无机/无机、有机/无机杂化气凝胶纤维，证明了SGCT策略的普适性，为最大限度地利用已知块体气凝胶的静态溶胶-凝胶转变知识制备出尽可能多的气凝胶纤维提供了可能性。