Chitosan/silica hybrid aerogels with synergistic capability for superior hydrophobicity and mechanical robustness

气凝胶 材料科学 壳聚糖 接触角 复合材料 吸附 机械强度 保温 收缩率 化学工程 热导率 图层(电子) 化学 有机化学 工程类
作者
Sizhao Zhang,Yanrong Liao,Kunming Lu,Zhao Wang,Jing Wang,Linzhe Lai,Wangwang Xin,Yunyun Xiao,Shixian Xiong,Feng Ding
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:320: 121245-121245 被引量:85
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121245
摘要

Chitosan aerogels could be applied potentially in thermal insulation for energy-saving buildings, separation/adsorption, and catalysis. However, disadvantages of chitosan aerogels include their hydrophilicity and low insufficient mechanical strength. Here we propose a silica-phase hybriding route to create chitosan/silica hybrid aerogels with a synergistic capability for favourable hydrophobicity and superior mechanical strength, demonstrating an emergent finding (hydrophobicity optimised with the improved mechanical strength). The aerogels exhibit low drying shrinkage (as low as 13.41 %), lightweight (lowest to 0.149 g cm−1), high-efficient thermal insulation (thermal conductivity as low as to 0.024 W m−1 K−1 at room temperature and normal pressure) either under cryogenic (−196 °C) or high-temperature conditions, exceptional fire-retardancy (self-extinguishing in 1.8 s) and environmentally friendly characteristic (initial mineralisation after 10 d). High hydrophobic property (water contact angle up to 142°) of the aerogels were achieved depending upon 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltriethoxysilane of vapor deposition, presenting a discovery concerning substantial improvement of mechanical properties (up to 0.188 MPa at 5 % strain, increased by 25 %). Furthermore, we demonstrate that a plausible mechanism for simultaneous hydrophobic and mechanical enhancement is depending upon the modulation of networking skeletons at the nanoscale.
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