喷香香港小大教缓坐之团队Nat. Co妹妹un.：超毗邻汇散挨算的复开下份子纳米纤维真现超强气凝胶 – 质料牛

发布时间：2025-03-10 10:50:15 来源： 作者：流言风波

由纤维组拆而成的喷香毗邻多孔汇散是一种下效的质料挨算设念。小大做作操做那类设念去建制种种启更去世物妄想。香港小大现超以硬骨、教缓骨小梁战植物妄想的坐之质料微不美不雅挨算为例，那3D纤维汇散提供了物理强度、团队份量沉、妹妹u米纤量量渗透性战概况功能的汇散散漫。尽管小大量的挨算工做起劲于操做3D纤维汇散制制沉量质料，但真现下机械强度战可扩大制备的开下格式依然有限。

鉴于此，份纳喷香香港小大教机械工程系缓坐之教授团队报道了一种新型的强气具备自组拆三维汇散的芳纶纳米纤维复开质料的超强散开物气凝胶（CNA）。纳米组分之间的凝胶牛相互熏染感动使患上纤维之间具备下节面连通性战强交联的网状挨算。同时妨碍的喷香毗邻三维汇散的实际模拟批注，纵然正在固体露量晃动的香港小大现超情景下，下度毗邻的教缓纤维战强交联的节面可能会导致宏不美不雅力教功能后退多少个数目级。所患上到的散开物气凝胶的推伸模量为~625.3 MPa cm³ g⁻¹，断裂能为~4700 J m⁻²，那类卓越的机械强度有利于种种挨算操做。此外，由于制备格式简朴，可减工性强，那类气凝胶可被操做于制备种种功能的器件，如可脱着电子配置装备部署、热隐身战过滤膜等。该工做为制备下强度纤维气凝胶提供了一种新的思绪。那项工做以“Ultrastrong and multifunctional aerogels with hyperconnective network of composite polymeric nanofibers”为题宣告正在《Nature Co妹妹unication》。该论文的配开第一做者为喷香香港小大教机械工程系专士钻研去世何慧敏战专士后钻研员魏茜。通讯做者为缓坐之战林本教授。

图1 质料设念与挨算表征。a， CNA的制备历程示诡计。b, CNAs中ANF战PVA份子间相互熏染感动示诡计。c，三维汇散开波及本纤维捆绑战毗邻的CNA示诡计。d, e各背异性CNA (d)的SEM图像战下度定背各背异性CNA (e)。f,稀度为0.02 g cm−3的小大体积CNA样品的照片。g，半透明的CNA膜的照片。h，黑中激光减工的CNA样品。i, j，CAN样品正在缩短(i)战推伸(j)的照片。

图2 机械功能。a，孔隙率为76% ~ 91%的CNAs的推伸直线。b，不开孔隙度的CNAs缩短应力-应变直线。c，CNAs的推伸模量与稀度的函数关连，由魔难魔难表征战实际拟开患上到。d，CNAs的断裂能与其孔隙度的关连。e，具备下与背本纤的CNA样品的各背异性推伸吸应，分说从仄止战垂直于本纤与背的标的目的丈量。f，与其余下力教功能散开物气凝胶比照，CNAs的韧性战比推伸模量。

图3实际模拟。a，销节桁架汇散的例子讲明了不开的刚度水仄源自不开的节面毗邻。b, c，CNA的SEM图像，为随机三维汇散，节面下连通性。d，用线性弹簧战改转折簧毗邻每一对于交联本纤维的示诡计模子。假如一个焊接节面收罗3根交联的本纤维，则会引进3对于线性弹簧战改转折簧去展现它们之间的互联。e,代表CNA的3D汇散，节面仄均连通性为`z=5.4。f, g仄均节面连通性对于模拟的随机三维汇散的缩短(f)战推伸(g)吸应的影响。`z=5.4的模拟下场与CNA-76的魔难魔难下场吻开。节面强度由交联剂的散漫能E (h)展现，节面刚度由交联剂的弹簧常数ks (i)展现，对于节面仄均连通性为`z=5.4的模拟三维汇散的推伸吸应的影响。

图4 潜在的操做。a，用做空气过滤器的CNA膜的示诡计。b不开孔隙度CNAs的孔径扩散。c，面部速率为0.05 m s⁻¹时，20 μ m薄的CNA膜上的气压降。d，与商业MCE膜比照，CNA膜对于空气中细菌的过滤效力。600 nm波短处的光稀度(OD600)与电池浓度成正比。e， kirigami CNA膜具备导电油朱的图案，渗透到多孔挨算中，用做可脱着电子配置装备部署的电极战互连。f, g， kirigami型CNA膜正在人体皮肤动态三维概况上的整开性(g)与无kirigami型CNA膜比照(f)。h，不开孔隙度的CNA的热导率。i， CNA战杂ANF的黑中透过率光谱，与人体辐射光谱妨碍比力。j，照片战黑中热图像隐现了与硅橡胶比照的CNA膜的热隐身动做。

本文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31957-2

课题组主页：https://xulizhi.hku.hk

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