中科大研發(fā)新型防火氣凝膠材料

【中玻網(wǎng)】近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授課題組以殼聚糖作三維軟模板，發(fā)展了一種酚醛樹脂（PFR）與SiO2共聚和納米尺度相分離的合成新策略，成功研制了具有雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PFR/SiO2復(fù)合氣凝膠材料。研究論文發(fā)表在Angew.Chem.Int.Ed.上。

　　工業(yè)建筑和維持室內(nèi)舒適溫度所消耗的能量占到世界每年總能耗的30%以上，隔熱材料的使用可以提高建筑物的能量利用率和降低能耗。然而，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系隔熱材料普遍易燃，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系阻燃劑的使用則會(huì)對環(huán)境和人類健康造成危害，無機(jī)隔熱材料的熱導(dǎo)率普遍偏高。而一般的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系無機(jī)復(fù)合隔熱材料雖然阻燃性有所提高，但仍難耐受長時(shí)間的火焰侵蝕，因?yàn)閱畏稚顟B(tài)的無機(jī)組分會(huì)隨著聚合物基體的燃燒而逐漸脫落，從而失去保護(hù)作用。

　　為此，俞書宏課題組研制了這種雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合氣凝膠，該復(fù)合氣凝膠具有樹枝狀的微觀結(jié)構(gòu)，纖維的尺寸在20 nm以內(nèi)，且兩種組分各自都成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系、無機(jī)組分在納米尺度上的均勻分散，并且兩組分間具有很強(qiáng)的界面相互作用。研究人員通過調(diào)控硅源的添加量即可調(diào)控復(fù)合氣凝膠的密度、無機(jī)含量、力學(xué)強(qiáng)度等物理參數(shù)。這種復(fù)合氣凝膠可以承受60%的壓縮而不破裂，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和可加工性。該氣凝膠具有很好的隔熱效果，熱導(dǎo)率可達(dá)24 mW/mK，優(yōu)于傳統(tǒng)的發(fā)泡聚苯乙烯等材料，在相對低溫和低濕度的環(huán)境下，其熱導(dǎo)率維持在28 mW/mK。

　　雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PFR/SiO2復(fù)合氣凝膠的制備過程及結(jié)構(gòu)示意圖

　　這種獨(dú)特的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予了氣凝膠優(yōu)異的防火阻燃性能。研究人員用丙烷丁烷噴燈火焰（1300⁰C）和酒精燈火焰（500~600⁰C）來檢驗(yàn)氣凝膠的耐火性，并用紅外熱成像儀記錄樣品背面的溫度變化。經(jīng)過30分鐘的測試，噴燈火焰下樣品背面溫度穩(wěn)定在300⁰C左右，酒精燈火焰下溫度穩(wěn)定在150⁰C左右，而且隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系組分的燃燒，SiO2網(wǎng)絡(luò)暴露出來并附著在氣凝膠表面而不會(huì)脫落，繼續(xù)發(fā)揮隔絕熱量的作用。這種材料可以避免在發(fā)生火災(zāi)時(shí)建筑物承力結(jié)構(gòu)的失效，為人員撤離爭取了時(shí)間。

　　該工作得到了國家自然科學(xué)設(shè)立資金委創(chuàng)新研究群體、國家自然科學(xué)設(shè)立資金要點(diǎn)設(shè)立資金、國家重大科學(xué)研究計(jì)劃、中國科學(xué)院前沿科學(xué)要點(diǎn)研究項(xiàng)目、中國科學(xué)院納米科學(xué)優(yōu)越創(chuàng)新中心、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、合肥大科學(xué)中心優(yōu)越用戶設(shè)立資金的資助。