气凝胶纤维制备方法及应用研究

气凝胶具有密度低、孔隙率高和比表面积大等优点,可广泛应用于隔热、保温、水修复、空气净化和药物运输等领域。气凝胶通常以粉末或块体存在,关于气凝胶纤维状的研究还比较少,这主要是因为气凝胶纤维制备复杂,且机械性能差。因此,开发制备简单、力学性能优异的气凝胶纤维具有重要意义。文章对近些年国内外制备气凝胶纤维的工作进行了总结,阐述了气凝胶纤维四种主流制备方法的制备过程,还探讨了气凝胶纤维的相关应用,最后提出了相应的展望。     

芳纶纳米纤维气凝胶的研究进展

为推动芳纶纳米纤维气凝胶从实验室走向实际应用,系统介绍了芳纶纳米纤维气凝胶国内外研究现状。首先分析了气凝胶领域面临的主要困难,阐述了芳纶纳米纤维气凝胶开发的重要意义;随后介绍了构筑单元芳纶纳米纤维的制备方法及其流变学行为,为后续芳纶气凝胶材料的制备提供参考;最后重点综述了芳纶气凝胶纤维、芳纶气凝胶薄膜以及3D打印芳纶气凝胶的制备、性能及应用等研究现状,总结了制备过程中一系列新型溶胶-凝胶转变原理,概述了芳纶气凝胶材料性能提升的策略以及在热管理、智能防护和分离过滤等新兴领域中的应用前景。分析认为,芳纶纳米纤维气凝胶发展仍处于初期阶段,优化芳纶纳米纤维气凝胶制备技术、进一步提升其性能仍将是研究的热点与重点。     

纳米芳纶气凝胶纤维的制备与微观结构调控

针对目前气凝胶纤维力学强度不高的问题,以对位芳纶为原料制备了纳米芳纶分散液,通过湿法纺丝、溶剂置换、冷冻干燥工艺制备了纳米芳纶气凝胶纤维,并通过调节溶剂置换浴中叔丁醇与水的比例,对气凝胶纤维的微观结构进行调控。结果表明:调节溶剂置换浴可使气凝胶纤维具有良好的成形性,当溶剂置换浴中叔丁醇和水的体积比为1∶1时,气凝胶纤维内部呈蓬松网状结构,其比表面积可达165.4 m2/g,断裂强度为4.8 MPa;随着水的比例的增加,气凝胶纤维比表面积下降,力学强度增加;当以水为置换液时,纳米芳纶整齐取向排列,气凝胶纤维的断裂强度可达328.7 MPa。     

中科院青能所制备功能化纳米细菌纤维素

<正>中科院青岛生物能源与过程研究所科研人员日前独辟蹊径开发出一种新型的功能化纳米细菌纤维素(BC)的制备方法。他们将6-羧基荧光素修饰的葡萄糖(6CF-Glc)作为底物,利用微生物原位发酵产生具有非自然特征荧光功能性的BC。该方法验证了微生物发酵原位合成功能性材料的     

纤维素纳米纤维/纳米蒙脱土复合气凝胶制备及其结构与性能

针对纤维素纳米纤维(CNF)气凝胶易燃、强力低等问题,利用纳米蒙脱土(MMT)共混改性纤维素纳米纤维,基于冷冻干燥的方法制备阻燃隔热的CNF/MMT复合气凝胶。研究了MMT质量分数对CNF/MMT复合气凝胶形貌结构、压缩性能、热稳定性、热导率和阻燃性能的影响。结果表明:MMT的引入使气凝胶具有更加紧密的片层结构,气凝胶力学性能、热稳定性和阻燃性能得到改善;在MMT质量分数为50%时,CNF/MMT复合气凝胶的表观密度最大且仅为0.016 8 g/cm³,应变为10%的应力最大为12.45 kPa,应变为70%的应力最大为77.93 kPa,导热系数最大为 0.04 W/(m·K); 气凝胶中MMT质量分数不低于42.9%时,复合基气凝胶的极限氧指数得到明显提升。     

杨絮纳米纤维素气凝胶的制备及表征

本试验以杨絮为原料,经化学预处理,得到纯化纤维素,再经机械处理制备纳米纤维素溶胶,通过液氮对杨絮纳米纤维素溶胶进行冷冻处理,制备得到杨絮纳米纤维素气凝胶。为探究不同超声处理时间对杨絮纤维微纤化的影响,笔者从气凝胶的密度、孔隙率、微观形貌等方面进行分析,进而探究了超声处理时间对所得气凝胶性能的影响。     

冻干保护剂对纤维素纳米纤维气凝胶的影响

以漂白针叶木浆为原料,通过TEMPO氧化法制得纤维素纳米纤维(CNF),再经冷冻干燥制得低密度、高比表面积及高压缩强度的CNF气凝胶。针对CNF气凝胶强度较低并且孔径分布不均的问题,本研究采用在CNF悬浮液中加入不同种类的冻干保护剂(山梨醇、甘露醇及蔗糖)的方法,达到缩小气凝胶孔隙结构,增强气凝胶压缩强度的效果。使用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面和孔径分布分析仪、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)和热重分析仪(TG)等对其结构及性能进行表征。结果表明,加入冻干保护剂(山梨醇、甘露醇及蔗糖)后,制得的CNF气凝胶尺寸均一,直径为10~20 nm;气凝胶孔隙分布趋于均匀,压缩强度显著提高。此外,冻干保护剂的加入不会对CNF气凝胶的晶型结构及热稳定性产生影响。     

芳纶纳米纤维气凝胶可用于保温、减震

正气凝胶是一种低密度、高孔隙率的材料,需要冷冻干燥或超临界干燥等复杂的加工方法。现有的芳纶气凝胶的制备方法主要采用简单的循环冻融(FT)过程,虽有利于纳米纤维之间的交联和气凝胶的形成,然而也面临着一些问题:纳米纤维之间进行了多次FT交联;需要在特殊温度下进行冻结和解冻;后续的冷冻干燥或超临界干燥过程同样不可避免;大规模生产及应用受限。因此,探索一种更为简便的方法来制备芳纶气凝胶,同时又能适合工业化生产是当前的难点。为了解决这一难题,清华大学副教授庹新林与北京化工大学副研究员邱藤提出了一种改进的冷冻干燥方法,     

硅烷偶联剂改性纳米纤维素气凝胶的制备及其表征

为研究硅烷偶联剂含量对纳米纤维素气凝胶性能的影响,选用氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)2种硅烷偶联剂对纳米纤维素(CNF)气凝胶进行修饰。通过扫描电子显微镜、热重分析仪、万能强力机和热常数分析仪进行测试与表征。结果表明:硅烷偶联剂的添加使改性气凝胶红外光谱图上出现了含硅峰值,但并未改变气凝胶的组分;改性后气凝胶的孔洞明显增多;MTMS与CNF的质量比为1∶2时,改性气凝胶的压缩回弹性最好(7.25 kPa);MTMS的添加使改性气凝胶具有良好的疏水性,接触角为156°;随着KH-550的添加,气凝胶导热系数先降低后升高;随着MTMS的添加,气凝胶导热系数逐渐降低。     

纳米纤维素碳气凝胶制备及其电催化性能研究

本研究以纤维素纳米纤丝(CNF)为碳骨架,氮含量高的类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)为氮源和造孔剂,成功制备了一种具有分级多孔结构的氮掺杂碳气凝胶(NCA)电催化剂。研究了NCA的物理化学结构与氧还原反应(ORR)活性之间的关系,以及其锌-空气电池性能。该NCA催化剂表现出较高的比表面积(381.77 m~2/g)、分级多孔结构,氮掺杂含量3.27%。ORR测试结果表明,NCA具有优异的ORR催化活性,半波电位可达0.83 V,接近商业铂碳(Pt/C)电催化剂。进一步将NCA作为阴极催化剂用于组装水系锌-空气电池,在电流密度为10 mA/cm~2下可以实现长达110 h的循环充放电,具有良好的电池使用性能。     

疏水木质纤维气凝胶的制备及其油水分离性能

本研究以苯甲酰氯和不同碳链长度的脂肪酰氯（乙酰氯、辛酰氯和硬脂酰氯）为酯化剂、吡啶为催化剂,在二氯甲烷中对大豆茎秆气凝胶进行疏水改性,并对气凝胶的羟基取代度（DS）、多孔结构、压缩强度、水接触角（CA）、油水分离效果及循环使用性能进行探究。结果表明,疏水酯化后气凝胶的孔隙率减少,导致其吸油倍率略微降低,但压缩强度和CA显著增加。乙酰氯改性气凝胶的DS值较高（1.07）,但疏水效果不佳;空间位阻和共轭效应使得苯甲酰氯改性气凝胶的DS值较低（0.58）,CA仅为91°,但压缩强度显著提高,为855 kPa;辛酰氯和硬脂酰氯改性气凝胶的DS值分别为0.88和0.64,CA分别为123°和144°,具有良好的油水分离效果和循环使用性。     

纳米纤维素复合气凝胶超级电容器的制备与性能

以纳米纤维素(NFC)、还原氧化石墨烯(RGO)及聚苯胺(PANI)为原料,利用冷冻干燥技术制备出多孔性纳米纤维素NFC复合气凝胶电极材料。通过调控NFC的羧基含量及冷冻温度,可对复合气凝胶的孔径分布及比表面积进行优化从而提高其导电性能,最后以聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)为电解质,制备了NFC复合气凝胶超级电容器。结果表明:随着羧基含量的增加,NFC纤维间的氢键作用逐步增强使得形成交联网络更为紧密,制备的复合气凝胶孔隙尺寸变小且比表面积增大,其导电性能和电化学性能得到进一步的提升;冷冻温度直接影响形成的冰晶的尺寸大小和数量,低温冷冻制备的气凝胶孔隙数量较多且比表面积较大,形成的三维导电网络更为完整,具有良好的导电性能和电化学性能。当NFC的羧基含量为1.69 mmol/g及冷冻温度为-40℃时,复合气凝胶的比表面积为155.8 m2/g,组装的超级电容器在电流密度为0.5 A/g下其比电容为402 F/g。     

疏水纳米纤维素气凝胶的制备及保温隔热性能

针对废旧纯棉织物再利用率较低的问题,以废旧纯棉织物为原料制备纳米纤维素气凝胶,并分别采用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和三甲基氯硅烷(TMCS)为改性剂对气凝胶进行疏水改性。采用扫描电子显微镜、红外光谱仪、热重分析仪、表面接触角测试仪以及导热系数测试仪研究了疏水改性剂种类和添加量对气凝胶结构和性能的影响。结果显示,采用MTMS为改性剂制备的疏水纳米纤维素气凝胶的结构和性能优于TMCS。综合考虑MTMS添加量对气凝胶结构、疏水性、热稳定性和保温隔热性的影响,得出MTMS与CNF的最佳质量比为2∶1,此时疏水气凝胶的结构比较平整均匀,疏水性、热稳定性分别增加了1.22倍和1.43倍,导热系数降低了12.3%。     

纳米纤维基气凝胶在空气过滤领域应用的研究进展

为促进三维纤维空气过滤材料的发展,针对现有二维纳米纤维滤材堆积结构不可控、容尘量小和稳定性差等问题,通过分析国内外相关文献,系统介绍了纳米纤维基气凝胶的基本特点、制备方法和功能修饰,归纳总结了现阶段天然高聚物和合成高聚物两大类纳米纤维基气凝胶在空气过滤领域的应用研究,阐述了纳米纤维基气凝胶可作为过滤器核心介质的优势,分析了气凝胶结构和聚合物功能化技术对过滤材料综合性能的影响。指出当前纳米纤维基气凝胶滤材在实际应用中面临的问题,提出应重点提高材料的过滤性能和循环使用性,强化对不同空气污染物的过滤或吸附能力等。     

高吸附性PVA-co-PE纳米纤维水凝胶的制备及废水处理

以PVA-co-PE纳米纤维为基底,添加β-环糊精聚合物制备了一种高效水凝胶吸附剂。通过SEM、ATR等测试方法对其形貌和成分进行分析。同时以亚甲基蓝染料为模拟污染物,研究了不同影响因素对吸附效果的影响,并对其吸附热力学与动力学进行分析研究。结果表明,添加了β-环糊精聚合物的PVA-co-PE纳米纤维水凝胶对亚甲基蓝有着很好的吸附性,吸附过程符合Langmuir吸附模型,最大吸附量为61.596 mg/g。在亚甲基蓝初始质量浓度为200 mg/L以下时,去除率可达98%以上。该水凝胶对亚甲基蓝溶液的吸附符合二级动力学吸附模型。同时该改性水凝胶有着较好的循环吸附性能,循环吸附4次后去除率仍在50%以上。对不同染料进行吸附,吸附效果为甲基紫亚甲基蓝直接湖蓝5B活性艳蓝19。     

苏州纳米所制备出基于织物衬底的大面积发光器件

正据报道,中科院苏州纳米所博士袁伟联合浙江师范大学副教授孟秀清采用全印刷的方法在弹性织物上制作出了大尺寸、高机械强度的交流电致发光器件(ACEL),并验证了大尺寸ACEL器件在织物上卷对卷制备的可行性。在织物上制备ACEL器件的工艺流程包括:(1)织物表面平整化,在织物表面热压一层热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)薄膜来使织物表面更光滑,从而使后续印刷的膜层有更好的均匀性;(2)丝网印刷底电极,将图形化弹性导电银浆丝网印刷在平整化后的织物上,标记为1号和2号电极,1号电极与底电极相连,2号电极与随后喷印的透明顶电极相连;(3)丝网印刷发光层,     

静电纺丝方法制备纳米纤维的最新进展

综述了电纺制备纳米纤维的基本原理和最新发展，简要回顾了纳米纤维静电纺丝的发展历史，详细阐述了纳米纤维静电纺丝制备方法的最新进展。对文献报道的越来越多聚合物采用静电纺丝法制备纳米纤维，在静电纺丝中要想得到优良的纳米纤维，过程参数十分重要。此外，对各国研究者最近发展的几种新型的静电纺丝装置也进行了讨论。     

纳米银/纳米二醛纤维素气凝胶的制备及表征

使用漂白硫酸盐针叶木浆为原料,以经高碘酸钠氧化后制备出的二醛纤维素为基材负载纳米银颗粒,后经高压均质法得到载银量为24.78%的纳米银/纳米二醛纤维素气凝胶。探讨高碘酸钠氧化反应时间对构成漂白硫酸盐针叶木浆的纤维素大分子以及针叶木纤维的影响。通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和比表面积和孔径分析仪对样品进行表征。结果表明,随着氧化时间的增加,纤维素的醛基含量持续上升,当反应4 h时增至330 μmol/g,纤维的聚合度由1447大幅下降至525,同时零距抗张强度和长度也呈现下降趋势。制备出的载银气凝胶上负载的纳米银颗粒为球形,气凝胶的比表面积为35.40 m~2/g,平均孔径为19.62 nm。     

纳米纤维素基气凝胶的制备及其吸附分离应用研究进展

纤维素基功能材料的产业化是传统造纸行业转型升级的重要发展方向。纳米纤维素基气凝胶是一种基于纳米纤维素制备而成的轻质固体材料,具有孔隙率高、比表面积大、低密度和可生物降解等优点,在吸附分离领域有广泛的应用。本文对纳米纤维素基气凝胶的制备方法进行了总结,探讨了制备过程对纳米纤维素基气凝胶结构的影响,综述了纳米纤维素基气凝胶在吸附分离领域中的应用进展,并展望了其应用前景。     

淀粉基气凝胶的制备及其表征方法研究进展

淀粉基气凝胶是一种新型生物可降解材料,用于食品配料、营养素、药品的包埋与输送、包装、隔热等。淀粉基气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、优良生物活性及可降解性等特点,是优良的载体材料。根据淀粉基气凝胶的形状不同,可分为淀粉基微球气凝胶和淀粉基块状气凝胶,淀粉基微球气凝胶应用范围较广,但其制备工艺较为复杂,本文主要对其制备及影响因素进行综述,分析其特性与结构表征,为淀粉基气凝胶的高效制备、有效表征、拓展应用提供参考。