DOI:10.1007/s40843-020-1518-4
包括建筑、航空航天和運動器材在內的多種應用對于隔熱材料的要求都非常苛刻。然而，在實際應用中，隔熱材料在不同的溫度和濕度條件下，其性能往往會降低。因此，構建一種在極端潮熱環境下具有優異絕熱性能的基體材料是十分必要的。在這項工作中，研究者構思了一種綠色有效的策略，通過靜電紡絲和冷凍干燥技術來制備超疏水且可壓縮的聚偏氟乙烯/聚酰亞胺（PVDF/PI）納米纖維復合氣凝膠。有趣的是，PVDF納米纖維和PI納米纖維分別充當疏水性纖維骨架和機械支撐骨架，形成具有良好機械柔性的堅固三維骨架。PVDF/PI氣凝膠在室溫下具有出色的超疏水特性（水接觸角為152°）和低熱導率（31.0 mW m-1 K-1）。值得注意的是，即使在100％相對濕度（80℃）下，PVDF/PI氣凝膠仍顯示出僅48.6 mW m-1 K-1的低熱導率，其性能優于大多數商用絕熱材料。因此，該新型PVDF/PI氣凝膠作為一種優良的絕熱材料，在高溫潮濕環境中具有廣闊的應用前景。
圖1.PVDF/PI氣凝膠的制備和結構表征。（a）合成步驟的示意圖。（b，c）PVDF/PI氣凝膠的SEM圖像。（d）位于雄蕊頂部的PVDF/PI氣凝膠的數字圖像。（e）不同形狀PVDF/PI氣凝膠的照片，以及（f）PVDF/PI氣凝膠表面上的水滴。（g）高溫高濕環境中PVDF/PI氣凝膠的數字和熱紅外圖像。左邊是數字圖像，右邊是相應的熱紅外圖像。
圖2.PVDF/PI氣凝膠的疏水和壓縮性能。（a）PVDF/PI氣凝膠在10秒和10分鐘時的水接觸角。（b）在外力作用下浸入水中的PVDF/PI氣凝膠的數字圖像，由于周圍的氣泡而呈現出銀鏡般的表面。（c）PVDF/PI氣凝膠漂浮在水面上的數字圖像，由于其超疏水性和輕質性。（d）動態測定PVDF/PI氣凝膠表面水附著力的照片。（e）PVDF/PI氣凝膠和PI氣凝膠之間的疏水性比較。（f）在50％應變下，PVDF氣凝膠、PVDF/PI氣凝膠和PI氣凝膠的壓縮應力-應變曲線。（g）PVDF/PI氣凝膠和PVDF氣凝膠在壓縮和釋放循環（ε=50％）下的照片。（h）在50％應變下對PVDF/PI氣凝膠進行1000次循環疲勞試驗。
圖3.PVDF/PI氣凝膠的隔熱性能。（a）PVDF/PI氣凝膠，PS泡沫，礦棉，礦渣棉，巖棉和玻璃棉的導熱系數。（b）不同溫度下PVDF/PI氣凝膠的熱導率。（c）置于熱臺上的PVDF/PI氣凝膠的示意圖。（d）不同時間PVDF/PI氣凝膠在熱臺或冷凍銅坯上的熱紅外圖像。（e）在PVDF/PI氣凝膠上表面檢測到的溫度隨加熱時間而變化。（f）PVDF/PI氣凝膠在不同壓縮應變下的熱導率。（g）在熱臺上，PVDF/PI氣凝膠在不同壓縮應變下的熱紅外圖像。（h）在200℃的熱臺上具有不同壓縮應變的PVDF/PI氣凝膠的表面溫度。誤差線表示每種情況下五個不同樣品的標準偏差。
圖4.在極端潮濕條件下，PVDF/PI氣凝膠的隔熱性能。（a）在不同溫度和相對濕度下，PVDF/PI氣凝膠的熱導率。（b）PVDF/PI氣凝膠、商用PU泡沫、商用SiO2氣凝膠和纖維素氣凝膠在不同溫度和相對濕度下的熱導率。（c）熱水中的PVDF/PI氣凝膠或PI氣凝膠。（d）熱水中PVDF/PI氣凝膠和PI氣凝膠的熱紅外圖像。（e）在60和180s時PVDF/PI氣凝膠和PI氣凝膠的溫度變化。
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