摘要 當前保暖材料的發展方向是輕質化和高效化。本文利用濕度誘導靜電紡絲技術制備出了一種低導熱、高儲熱的超輕超彈靜電紡纖維海綿。在本項工作中，通過濕氣誘導靜電紡絲和熱交聯技術在纖維內，將含有碳化鋯納米粒子(ZrC NPs)的纖維組裝成三維結構并創建半互穿聚合物網絡 (semi-IPNs)，獲得了一種用作新型保暖材料的超輕超彈性纖維海綿。所得海綿經檢測表面具有高保溫能力和有效的光熱轉換性能。這項工作為開發用于個人防寒的高性能保暖材料提供了一種新方法。 關鍵詞 濕度誘導；纖維海綿；靜電紡；保暖 高性能保暖材料是實現個體冷防護的有效途徑。目前市面上常用的纖維保暖材料主要包括天然纖維類（棉花、羊毛、羽絨等）和合成纖維類（超細纖維、中空纖維等），這些纖維的直徑均在10μm以上，為滿足極寒條件下的保暖需求，通常的方法是增加材料的重量和厚度，但同時會給穿著者尤其是作戰士兵造成不便。 目前，先進的保暖材料已被科研人員所開發，并吸引了學術界和產業界的廣泛注意，如對織物進行金屬化修飾，賦予材料高紅外反射性能以阻止人體輻射熱量大量耗散，但金屬層與皮膚接觸時產生的高導熱效應會導致人體熱量快速傳導耗散，同時金屬層還存在價格昂貴的不足。此外，為拓展更多的應用場景，電加熱保暖材料也被大量研究報道，但該類材料也面臨著能源消耗和安全性不足的缺陷。因此，開發出安全節能的輕質高效保暖材料仍舊是當前的一大挑戰。 最近東華大學紡織科技創新中心俞建勇院士和丁彬研究員團隊在Elsevier旗下的Composites Communications期刊發表了題為“Ultralight and superelastic fibrous sponges with effective heat preservation and photothermal conversion for personal cold protection”的研究論文。該論文通過利用濕度誘導靜電紡絲技術（即高濕度（~85%）下紡絲，在接收端纖維會形成絮狀堆積，形成三維蓬松的海綿狀納米纖維氈）制備出了一種低導熱、高儲熱的超輕超彈靜電紡纖維海綿。 該靜電紡纖維海綿的制備流程如圖1所示，首先開發出了一種單體預聚物/線性聚合物的雙組分溶液新配方，并將光熱轉化物質碳化鋯納米顆粒引入溶液體系內，利用濕度誘導靜電紡絲技術一步制備出具有三維蓬松結構的靜電紡纖維骨架，隨后對其進行熱處理，使纖維內部產生穩定的聚合物交聯網絡以賦予材料良好的力學性能。 濕度誘導影響生成蓬松納米纖維過程如圖2所示，低濕度下得到的是致密的納米纖維膜，隨著濕度的升高，纖維膜逐漸變得蓬松，并在濕度為85%時達到最大。另外顯示濕度對納米纖維串珠形貌有顯著影響，表現為低濕度時纖維有較多串珠，隨著濕度的升高，纖維表面逐漸變得平滑。 所制備的靜電紡纖維海綿中的纖維平均直徑約為3μm，該材料在極低體積密度條件下（~2.8 mg/cm3）可獲得極低的導熱系數（~25.2 mW/m?K），與常溫常壓下的空氣導熱系數接近，表現出優異的阻隔熱量散失的能力；同時在模擬太陽光的照射下，材料的表面溫度可以在30秒內快速升溫至60.8℃，并最終穩定在70.3℃，表現出高效的光熱轉化性能，說明材料還具有優異的儲熱積極保暖功能。此外，該材料可承載10000倍自身重量下的大變形壓縮，并可以快速回復原來的形狀；同時在-100℃的低溫環境下，材料經1000次循環壓縮（?=60%）后僅表現出極小的塑性形變，說明該材料具有優異的低溫壓縮回彈性（圖3）。該纖維海綿優異的綜合性能使其在耐極寒保暖材料領域表現出廣闊的應用前景。 近年來俞建勇院士和丁彬研究員團隊在濕度誘導靜電紡絲技術制備三維納米纖維海綿吸音、保暖材料方面成果豐碩。據不完全統計，2019-2021年該團隊已發表相關論文7篇，其中一區3篇，二區4篇，2021年上半年占5篇，累積IF 高達48.571 。可見濕度誘導靜電紡絲技術研究與應用潛力逐漸顯現。相關文獻匯總如下（可聯系文末微信二維碼索取打包全文！）： [1] Zz A , Hw B , Yang S , et al. Stretchable and resilient fibrous sponges tailored by interlocking double-network for warmth retention[J]. Composites Communications, 2021:100788. (Q2, IF=4.915(3年平均，下同)) [2] Hw A , Lei Z A , Yang S , et al. Ultralight and superelastic fibrous sponges with effective heat preservation and photo-thermal conversion for personal cold protection[J]. Composites Communications, 2021. (Q2, IF=4.915) [3] Wu H , Zhao L , Zhang S , et al. Ultralight and Mechanically Robust Fibrous Sponges Tailored by Semi-Interpenetrating Polymer Networks for Warmth Retention[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021. (Q1, IF=8.437) [4] Yf A, Dz B, Yh A, et al. Gradient structured micro/nanofibrous sponges with superior compressibility and stretchability for broadband sound absorption[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2021, 593:59-66. (Q2, IF=6.314) [5] Zhao L , Wu H , Jiao W , et al. Superelastic, lightweight, and flame-retardant 3D fibrous sponge fabricated by one-step electrospinning for heat retention[J]. Composites Communications,2021:100681. (Q2, IF=4.915) [6] D Zong, L Cao, Y Li, et al.Interlocked Dual‐Network and Superelastic Electrospun Fibrous Sponges for Efficient Low‐Frequency Noise Absorption[J]. Small Structures, 2020. (新刊，參考Small, Q1,IF=10.638) [7]Leitao, Cao, Yang, et al. Ultralight and Resilient Electrospun Fiber Sponge with a Lamellar Corrugated Microstructure for Effective Low-Frequency Sound Absorption.[J]. ACS applied materials & interfaces, 2019, 11(38):35333-35342. (Q1, IF=8.437) 環境溫濕度的精確調控是濕度誘導靜電紡絲實驗成敗的關鍵。

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