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科技日報記者 吳長鋒
2月6日，記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校俞書宏院士團隊利用天然生物質(zhì)和天然礦物為原料，制備了一種具有優(yōu)良隔熱和耐火性能的純天然仿木氣凝膠。相關(guān)成果日前發(fā)表于《德國應用化學》。
木材作為一種用途廣泛的材料和豐富的資源，已被廣泛使用了數(shù)千年。近年來，各種具有獨特物理性能和廣泛應用的仿木材料也被開發(fā)出來，其中，具有優(yōu)良保溫性能的氣凝膠是最重要的研究課題之一。基于塑料和樹脂的仿木氣凝膠受到生物降解性差，并會導致廢物的積累并帶來嚴重環(huán)境問題。而基于現(xiàn)有的納米結(jié)構(gòu)基元的仿木氣凝膠則受到其可持續(xù)性不足和成本高的限制。因此，為解決目前材料的不可持續(xù)性問題，開發(fā)低成本、低能耗、環(huán)保的新型構(gòu)筑基元將對仿木氣凝膠的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。
全天然氣凝膠的制備與結(jié)構(gòu)。中國科大供圖
研究人員通過巧妙的表面化學調(diào)控方法，成功實現(xiàn)了在溫和條件下活化微米尺度的木屑顆粒表面，從而暴露出纖維素納米纖維。這些顆粒表面的納米纖維顯著增強了顆粒之間的相互作用，結(jié)合單向冷凍技術(shù)成功構(gòu)建了強韌耐用的仿木氣凝膠。這種氣凝膠有著與天然木材類似的取向通道結(jié)構(gòu)，這種仿木結(jié)構(gòu)可以大大降低氣凝膠的熱導率，使其具有17.4毫瓦每米開爾文的超低徑向熱導率，優(yōu)于現(xiàn)有纖維素基氣凝膠材料和各類商用海綿。同時，加入天然黏土納米片使得這種氣凝膠的耐火性能也有了很大的改善，可以承受1300攝氏度高溫的火焰，并且至少在20分鐘內(nèi)不被燒透。
研究人員認為，這種全天然仿木氣凝膠的隔熱和防火性能均優(yōu)于天然巴沙木和大多數(shù)商業(yè)海綿，有望成為現(xiàn)有商業(yè)隔熱材料的理想替代品。此外，其天然的原料來源和低能耗低排放的制備工藝使得這種氣凝膠具有良好的生物降解性和可持續(xù)性，從而可以減少隔熱材料在生產(chǎn)、使用和廢棄過程中對環(huán)境的負面影響。
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