A lightweight aramid-based structural composite with ultralow thermal conductivity and high-impact force dissipation

芳纶 材料科学 气凝胶 复合材料 热导率 复合数 保温 消散 过热(电) 结构工程 工程类 图层(电子) 电气工程 纤维 物理 热力学
作者
Jianpeng Wu,Yu Wang,Junshuo Zhang,Chunyu Zhao,Ziyang Fan,Quan Shu,Xiaokang He,Shouhu Xuan,Xinglong Gong
出处
期刊:Matter [Elsevier]
卷期号:5 (7): 2265-2284 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.matt.2022.04.031
摘要

Summary

Material designs for safety protection are increasingly important due to ubiquitous impact damage and thermal hazard. Recent biomimetic architectures achieve extraordinary safeguards but exhibit a single-defense function, which remains a formidable challenge in mechanical-thermal-coupled protection. Herein, a lightweight composite (AFSG) with a shear stiffening gel (SSG)-filled aramid nanofiber (ANF) aerogel structure is developed through infiltration and lamination. Benefiting from the voids-SSG coexistence construction achieved by retaining massive microvoids in densified aerogel networks, AFSG exhibits ultralow thermal conductivity (0.09 W m−1 k−1) and high-impact force dissipation. Specifically, microvoids inside AFSG greatly block heat transfer and achieve a wide insulation temperature (–120 to 300°C). SSG and the laminated-layout structure effectively attenuate 65%–79% of impact force through structure hardening, interlayer sliding, and intralayer cracking. Such a versatile, lightweight structural composite is expected to defend against simultaneous mechanical impact and heat damage as an ideal candidate for next-generation protective materials applied in transportation, military, and aerospace fields.
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