Ultrastrong and Superinsulative Aramid Aerogel Fibers Featuring Hydrogen/Covalent Bond-Interlocked Topological Networks Constructed via Freeze–Thaw Cycling

材料科学 气凝胶 复合材料 纳米孔 芳纶 保温 热导率 复合数 温度循环 纳米纤维 极限抗拉强度 抗压强度 热阻 多孔性 热的 比强度 纤维 纳米材料 聚合物 传热 相变材料 工作(物理) 超高分子量聚乙烯 压力(语言学) 多孔介质 聚乙烯 相(物质)
作者
Jianxiong Geng,Shu Zhu,Jiaxin Xu,Runnan Gao,Ying Shi,Dui Wu,Jianhe Li,Jiahao Zhao,Kexin Huang,Fucheng Guan,Jing Guo,Sen Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (44): 61301-61314 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.5c17197
摘要

Lightweight, nanoporous aerogel fibers are core materials for thermal management textiles and triboelectric nanogenerators in extreme environments. However, their poor mechanical properties make them susceptible to structural collapse under shear or compressive stress during processing or use. To address this, we constructed a controlled hydrogen/covalent bond-interlocked topological dual-network structure within the aramid nanofibers (ANFs) skeleton. The resulting ANFs/PVA/boric acid (APB) aerogel fibers exhibit significantly enhanced tensile strength (9.8 MPa, a 180% increase over pure ANF aerogels at 3.5 MPa), remarkable shear resistance (withstanding radial pressure ∼100,000 times their own weight without significant deformation), and excellent thermal insulation (specific surface area: 181.65 m2/g; thermal conductivity: 0.0395 W/(m·K)). APB maintains exceptional thermal insulation and flexibility even at cryogenic temperatures (−196 °C). Furthermore, vacuum impregnation with polyethylene glycol (PEG) yielded APB-PEG fibers with a phase change latent heat of 142.8 J/g. Composite fabrics woven from APB and APB-PEG fibers demonstrated significantly delayed heat release. This work provides a theoretical and material foundation for developing lightweight, high-strength, multifunctional thermal insulation textiles with significant potential for personal thermal comfort, extreme environment protection, and aerospace applications.
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