DOI: 10.1016/j.jcis.2021.03.013
靜電紡絲技術制備的超細纖維多孔材料在降噪領域具有廣闊的應用前景。然而，二維纖維膜的低厚度和致密結構使其內部結構單一，吸聲帶窄。在此，研究者報告了一種簡單且強大的策略，通過結合濕度輔助多步靜電紡絲技術和獨特的物理/化學雙重交聯方法來制備具有超彈性和可拉伸性的梯度結構纖維海綿。所制備的梯度結構纖維海綿的最大抗拉強度為169kPa，可以舉起重量是其10,000倍的重物而不會破裂。此外，該材料在60％應變下經過500次壓縮循環后仍能保持穩定的結構。同時，該材料具有輕質特性（密度為13.8 mg cm-3）和疏水性（水接觸角為152°）。更重要的是，孔隙率和孔徑在Z方向上的梯度變化賦予了纖維海綿材料對寬帶聲波的高效吸收能力（降噪系數高達0.53）。這種梯度結構纖維海綿的設計為開發理想的吸聲材料創造了一條新的途徑。
圖1.GSFSs的制備。（a）GSFSs的制備示意圖。（b）TTMA在交聯過程中的化學反應。（c）GSFSs的光學和SEM圖像顯示出宏觀連續性和微觀結構。（d）GSFSs的疏水性。（e）顯示GSFS超輕特性的照片。（f）GSFSs的高放大倍率光學圖像。（g）GSFSs的吸聲圖。
圖2.GSFSs的結構表征。（a-c）GSFSs中每一層的SEM圖像。（d）單根PSU超細纖維的SEM圖像，以及相應的O、N和S元素映射圖。（e）PSU、PVDF和PSU/TTMA的DSC曲線。（f）相關材料的FTIR分析。（g）GSFSs的纖維直徑分布和（h）孔徑分布。（i）GSFSs密度和孔隙率的變化。（j）GSFSs的N2吸附等溫線。（k）PSU/DMF/H2O和PVDF/DMF/H2O系統的線性濁點圖。（l）三元相圖中分別為PSU/DMF/H2O和PVDF/DMF/H2O系統的濁點曲線。
圖3.GSFSs的力學性能。（a）在加載-卸載循環過程中，隨著應變幅度的增加，壓縮應力與應變的關系曲線。（b）循環壓縮下GSFSs的應力-應變曲線。（c）循環壓縮過程中GSFSs的最大應力、楊氏模量和能量損耗系數的變化。（d）圖像表明GSFSs可以從較大的壓縮力中恢復。（e）GSFSs壓縮原理示意圖。（f）GSFSs的光學照片顯示出優異的抗拉伸性能。（g）GSFSs的拉伸應力-應變曲線。（h）GSFSs拉伸過程的示意圖。
圖4.吸音性能。（a）GSFSs和每一層的吸聲系數。（b）各種厚度的GSFSs的吸聲性能。（c）GSFSs的正向和反向吸聲系數的比較。（d-e）聲波在不同介質中傳播的示意圖。（f）比較GSFSs和不同吸聲材料的降噪系數。
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