由于其高潜热和化学稳定性,相变材料在热能储存和温度管理方面具有巨大的潜力。然而,在低温环境下工作的阻燃、形状稳定的相变薄膜的制造仍然很困难。最近,海南大学廖建和教授、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同研究员团队将极限氧指数 (LOI) 为 32 的有机聚多巴胺-芳纶纳米纤维 (PANF) 气凝胶薄膜用作主体来限制独特的相变客体材料(即深共晶溶剂,DES)以制造 PANF-DES主客体阻燃低温相变薄膜。

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PANF 气凝胶膜是通过多巴胺在芳纶纳米纤维水凝胶膜内原位聚合制备的,具有 289 m2 g−1的高比表面积。低温相变材料是由氯化铵 (NH4Cl)、乙二醇 (Eg) 和去离子水 (H2O) 组成的三元 DES。所制备的PANF-DES主客体薄膜的相变温度为-21°C,熔化焓为225 J g−1,可在无明火的情况下耐火60秒,热释放速率峰值(pkHRR)仅为 26.0 MJ kg−1。这项研究为开发超低易燃相变复合薄膜开辟了道路,并展示了低温设备热管理的巨大潜在应用。相关论文以题为Flame-Retardant Host–Guest Films for Efficient Thermal Management of Cryogenic Devices发表在《Advanced Functional Materials》上。

【主图导读】

PANF-DES主客体膜的制备过程如图1所示。主体PANF气凝胶膜通过ANF水凝胶膜的聚多巴胺改性制备,随后冷冻干燥,而ANF水凝胶膜根据先前报道的方法制备。具体来说,ANF 水凝胶膜是通过将刮刀涂层 ANF-DMSO 分散体浸入去离子水中以质子化芳纶纳米纤维并同时替代 DMSO 来形成的。然后将得到的ANF水凝胶膜转移到去离子水中由三(羟甲基)甲基氨基甲烷和HCl组成的Tris-HCl缓冲液中,同时向Tris-HCl缓冲液中加入多巴胺单体,在冰浴中进行原位聚合用了几个小时。

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示意图1 PANF-DES 主客体薄膜及其功能的示意图描述。a) PANF主体膜的示意图。b)三元 DES 客体的示意图。c)具有热管理和阻燃性能的 PANF-DES 主客体薄膜的功能示意图。

参考文献:doi.org/10.1002/adfm.202102232

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