中空二氧化硅/聚丙烯腈的超低導熱纖維納米復合膜

DOI：10.1016/j.compscitech.2020.107992

全球變暖的加劇主要歸因于人類活動，例如大量使用化石能源和過度砍伐森林。因此，減少能源浪費變得越來越重要。具有超低導熱率的隔熱材料在節能方面表現出顯著的潛力。在此，通過靜電紡絲制備了絕熱中空二氧化硅/聚丙烯腈（SiO2-PAN）纖維納米復合膜。以原硅酸四乙酯為硅源，熱液碳球為模板，制備了空心SiO2球。可以通過添加空心SiO2球來增強PAN纖維納米復合膜的隔熱性能。納米空心SiO2球的加入減少了纖維納米復合膜的固相傳導。該復合纖維納米復合膜是柔性的，并實現了16 mW/（m?K）的最佳導熱率。纖維納米復合膜用硅油處理后可以保持其絕熱性能，并變得疏水。所開發的薄膜為隔熱材料的未來發展提供了新思路。

圖1.（a）中空SiO2-PAN纖維納米復合膜的制備示意圖。（b）中空SiO2-PAN纖維納米復合膜的不同應用。

圖2.（a）空心SiO2球的表面形態。插圖2a為空心SiO2球的EDS光譜。（b）空心SiO2球的粒徑直方圖，其通過使用粒度分析軟件測量插入SEM圖像的粒徑獲得。（c）空心SiO2球的TEM圖像。（d）HTC球的粒徑直方圖，其通過使用粒度分析軟件測量插入SEM圖像的粒徑獲得。

圖3.（a）中空SiO2-PAN纖維納米復合膜的SEM圖像。插圖3a為中空SiO2-PAN纖維納米復合膜的EDS光譜。（b）在面板（a）中獲得的中空SiO2-PAN復合納米纖維的碳、（c）氮、（d）硅和（e）氧圖。（f、g）在3 kV和10 kV下捕獲的中空SiO2-PAN纖維納米復合膜的SEM圖像。

圖4.纖維納米復合膜的熱導率。（a）純PAN膜和負載不同質量含量的中空SiO2球的膜的熱導率。（b）常用隔熱材料的熱導率與密度的Ashby圖，包括本研究中準備的材料以及從先前研究中獲得的值。

圖5.（a）中空SiO2-PAN纖維納米復合膜的紅外圖像。纖維納米復合膜的厚度從左到右分別為0.5、1.0、1.5、2.0 mm。當載物臺溫度從40℃改變為70℃時，基于圖像測量纖維狀納米復合膜表面的溫度。（b）根據不同厚度的纖維納米復合膜的階段溫度，繪制了不同中空SiO2-PAN纖維納米復合膜與級之間的溫差圖。

圖6.酒精燈上方經過疏水處理的纖維納米復合膜的照片。