Biomimetic structural cellulose nanofiber aerogels with exceptional mechanical, flame-retardant and thermal-insulating properties

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.124449

在本研究中，通过空间限制策略，将二维磷酸锆生长嵌入多层石墨烯中，可形成分级石墨烯约束的磷酸锆(ZrP/RGO)纳米片。采用单向冷冻套管技术将纤维素纳米纤维和ZrP/RGO纳米片组装成具有优异隔热、机械和阻燃性能的仿生结构气凝胶。ZrP/RGO/CNF气凝胶具有低密度(9.06 kg·m)和高孔隙率(99.7%)、由桥连接的仿生薄片结构。此外，各向异性的结构导致在保温、机械刚度和阻燃性上的显著差异。垂直于层状排列的ZrP/RGO/CNF气凝胶具有较低的导热系数(18mW·m·k)，较高的杨氏比模量(104 kN·m·kg)，极低的峰值热释放速率（14.1kW·m）， 高的极限氧指数（33.5）。垂直于层状排列的炭渣具有较高的密实度、石墨化度和抗氧化性，有利于防止热辐射和氧分子的渗透。此外，ZrP/RGO的加入可以明显提高复合气凝胶的热稳定性，减少热解挥发物的释放。

Nanocellulose-MXene Biomimetic Aerogels with Orientation-Tunable Electromagnetic Interference Shielding Performancee

DOI: 10.1002/advs.202000979

本文设计了一种具有电磁干扰屏蔽性能的超低密度和高柔性MXene/CNF混合气凝胶。MXene的固有性质和结构，以及CNFs和MXene纳米片之间的相互作用，能够高效地制造出具有定向仿生细胞壁的高电磁屏蔽性气凝胶。作者发现电磁干扰强度很大程度上取决于定向细胞壁与入射电磁波电场方向之间的夹角，当定向细胞壁与电场方向平行时，电磁干扰强度最大。在密度仅为8.0或1.5 mg cm时，气凝胶的电磁干扰屏蔽效能分别达到74.6或35.5 dB。此外，超轻气凝胶的特定屏蔽效能(SSE)和SSE/t值分别能达到30 660和189 400 dB cm g，大大超过了目前报道的其他EMI屏蔽材料。MXene/CNF混合细胞壁之间的良好耦合，导致气凝胶具有超高的电磁干扰屏蔽效率，使得这种超轻气凝胶可以用于器件屏蔽，帮助消除电子器件的微型化过程中的电磁辐射。