Kevlar 气凝胶有机相变纤维弯曲刚度导向制造

智能和功能纤维在包括可穿戴设备和其他高科技领域在内的广泛应用中显示出巨大的潜力,但设计和制造具有可管理结构和多功能功能的智能纤维仍然是一个巨大的挑战。最近,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所科研团队开发了一种巧妙的弯曲刚度导向策略,以制造具有不同弯曲刚度的智能相变纤维,适用于各种应用。具体而言,以疏水性凯夫拉气凝胶纤维(H-KAFs)为多孔主体,石蜡为功能客体,制备了疏水性凯夫拉气凝胶封闭石蜡纤维(PW@H-KAF),其中H-KAF由应用两步法使用含有乙醇和正溴丁烷混合物的特殊凝固浴对 Kevlar 纳米纤维 (KNF) 进行功能化。制备的 PW@H-KAFs 具有高潜热(135.1-172 J/g)、出色的热循环稳定性和令人满意的机械性能(拉伸强度为 30 MPa,拉伸应变为 30%)。

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此外,即使在石蜡固态下,具有弯曲刚度的 PW@H-KAFs 也低于临界值(1.22 × 10–9 N·m2),表现出高柔韧性、可清洗性能和高热管理能力,表明智能调温面料的巨大潜力。PW@H-KAFs 的弯曲刚度高于固态石蜡的临界刚度,可用作形状记忆材料,这归因于相变引起的刚性和柔韧性之间的转变。作为概念验证,基于 PW@H-KAF(直径 400 μm)设计了一种动态抓手,用于通过在刚性状态下抓取并在柔性状态下释放来运输物品。这项工作通过弯曲刚度导向方法实现了 PW@H-KAFs 的多功能应用,为相变复合材料的应用提供了思路。

Kevlar 气凝胶有机相变纤维弯曲刚度导向制造-2 示意图 1. 凯夫拉纤维的示意图制造和根据弯曲刚度的应用

Kevlar 气凝胶有机相变纤维弯曲刚度导向制造-3 图 4. 具有大直径和高弯曲刚度的 PW@H-KAF 的特征和性能。

Kevlar 气凝胶有机相变纤维弯曲刚度导向制造-4 相关论文以题为Bending Stiffness-Directed Fabricating of Kevlar Aerogel-Confined Organic Phase-Change Fibers发表在《ACS Nano》上。通讯作者是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。

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