林原博士（左）和徐立之博士

(原新聞稿已于9月28日發(fā)布)

新型氣凝膠具有輕質(zhì)、半透明和高承載能力等理想特性

氣凝膠是一種具備微觀多孔結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)材料，其在熱防護(hù)、能源存儲(chǔ)、航空航天設(shè)備、柔性電子等領(lǐng)域有著重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。然而，傳統(tǒng)陶瓷的氣凝膠材料的力學(xué)脆性，限制了承受載荷變形情況下的使用。新近研發(fā)的高分子氣凝膠因?yàn)槭芟抻诳捎玫牟牧铣煞郑荒茉跔奚p質(zhì)和多孔性的前提下實(shí)現(xiàn)較高的力學(xué)強(qiáng)度。

復(fù)合納米纖維氣凝膠的制造過(guò)程

由香港大學(xué)（港大）機(jī)械工程系助理教授徐立之博士及副教授林原博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，利用一種常用于制造防彈衣和頭盔的合成纖維，研發(fā)出一種新型超強(qiáng)韌的氣凝膠材料，其力學(xué)性能明顯優(yōu)于其他同類的氣凝膠。

掃描電子顯微鏡所顯示氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)

該新型氣凝膠材料制備方法簡(jiǎn)易，具潛力開(kāi)發(fā)應(yīng)用于可穿戴器件、熱學(xué)隱身、濾膜結(jié)構(gòu)以及其他多種新型功能器件中。研究結(jié)果已在《自然-通訊》刊登，文章題為 ”Ultrastrong and multifunctional aerogels with hyperconnective network of composite polymeric nanofibers”。

與其他聚合物氣凝膠相比，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的復(fù)合納米纖維氣凝膠具有高韌性和高拉伸模量

研究團(tuán)隊(duì)利用自行組裝的芳綸納米纖維網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建出強(qiáng)韌多孔的新型高分子氣凝膠。對(duì)位芳綸材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，常用于防彈衣、頭盔等高強(qiáng)結(jié)構(gòu)中。與常見(jiàn)的宏觀尺寸芳綸纖維不同，研究團(tuán)隊(duì)利用溶液加工方法制備芳綸納米纖維，再利用納米纖維和聚乙烯醇之間的相互作用，構(gòu)建具備高連接度和高節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的三維纖維網(wǎng)絡(luò)。

「這就像是微觀尺度上的桁架網(wǎng)絡(luò)，我們想辦法把這些桁架牢固地焊接到了一起，從而產(chǎn)生一種非常強(qiáng)韌的材料，它的力學(xué)性能明顯優(yōu)于其他類似的氣凝膠。」徐立之博士解釋說(shuō)。

林原博士負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)相關(guān)的理論模擬工作，闡明了氣凝膠的強(qiáng)韌化機(jī)理，他說(shuō)：「我們?cè)谟?jì)算機(jī)中構(gòu)建了一系列的三維纖維網(wǎng)絡(luò)，再現(xiàn)了納米纖維氣凝膠的重要結(jié)構(gòu)特征。纖維網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的力學(xué)行為對(duì)于宏觀力學(xué)特性非常重要。我們的模擬研究表明，即使在相同的固含量下，不同的節(jié)點(diǎn)連接度和節(jié)點(diǎn)結(jié)合能造成宏觀機(jī)械強(qiáng)度上幾個(gè)數(shù)量級(jí)的差別。」

「這些研究結(jié)果非常令人振奮。我們不僅開(kāi)發(fā)出了一種力學(xué)強(qiáng)韌的新型氣凝膠材料，同時(shí)也探明了納米纖維網(wǎng)絡(luò)普適的強(qiáng)韌化機(jī)理，這對(duì)于其他類似材料的研發(fā)也具有重要的指導(dǎo)意義。」徐博士補(bǔ)充說(shuō)。