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東京大學(xué)制備出一種隔熱、阻燃的中孔納米纖維素干凝膠

2021-02-03 14:09:42 作者：本網(wǎng)整理來源：中材建研建筑材料科學(xué)研究院分享至：

東京大學(xué)Tsuguyuki Saito等人利用纖維素納米纖維（CNF）的可調(diào)粒子間相互作用特性，獲得了具有高孔隙率和高SSA的中孔結(jié)構(gòu)干凝膠。該CNF干凝膠具有出色的機(jī)械強(qiáng)度、良好的透光性、出色的隔熱性以及阻燃特性，有望作為透光、隔熱且承重的墻體構(gòu)件。

【干凝膠材料的制備】

作者在濕凝膠中研究了兩種不同的干燥溫度（23和65°C）和四種不同的CNF濃度（0.5-2.0％）。隨著CNF濃度的增加，濕凝膠具有更多的交聯(lián)點(diǎn)，對毛細(xì)作用力更具抵抗力。但干凝膠的尺寸也隨之變大，只有含1.0％CNF的干凝膠是形狀規(guī)則的，更高濃度下的干凝膠則存在變形并且表面粗糙（圖1a）。所有干凝膠的橫截面均具有網(wǎng)絡(luò)化的CNF結(jié)構(gòu)（圖1b），在2％的濃度和65°C干燥溫度下，比表面積高達(dá)470 m2 g-1，這是迄今為止報道的纖維素干凝膠比表面積的最高值。

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圖1 CNF干凝膠的結(jié)構(gòu)

【隔熱與阻燃性能】

該CNF干凝膠在大氣壓下的熱導(dǎo)率約為0.06-0.07 W m-1 K-1，具有良好的隔熱性能。此外，該干凝膠具有阻燃與自熄特性（圖2）。即使干凝膠被點(diǎn)燃，火焰也能在很短的時間內(nèi)（<0.01 s）自動熄滅。該自熄特性可由在CNF表面形成的氫氧化鋁結(jié)構(gòu)來解釋。當(dāng)氫氧化物暴露于火焰中時，它們會脫水，然后脫去的水逐漸蒸發(fā)。該反應(yīng)是吸熱的，因此可以防止火焰擴(kuò)散。在該CNF干凝膠中，CNF表面被羧基緊密地覆蓋，其抗衡離子鋁離子是三價陽離子，能與羧酸根陰離子形成氫氧化物。產(chǎn)生的氫氧化鋁可能是造成干凝膠具有自熄功能的主要原因。