Elastic Aerogels of Cellulose Nanofibers @Metal–Organic Frameworks for Thermal Insulation and Fire Retardancy

https://doi.org/10.1007/s40820‑019‑0343‑4

本研究概述了通过逐步组装的方法制备复合CNF@MOF气凝胶，包括用连续的MOFs纳米层对纤维素纳米纤维(CNFs)进行包覆和交联。首先，在CNFs表面合成Al-MIL-53纳米层，形成具有独特核壳结构的集成纳米纤维。然后，Al-MIL-53在杂化纳米纤维上的延伸生长形成了独立的交联纳米凸轮气凝胶。交联使气凝胶具有较高的机械强度和超弹性（80%的最大可恢复应变，高比压缩模量约为200 MPa cm g，比应力约为100 MPa cm g）。所制备的轻质气凝胶具有蜂窝网络结构和分层孔隙率，使得气凝胶的导热系数相对较低，约为40 mWm K。包覆在CNFs表面的疏水性、热稳定性好的MOF纳米层具有良好的抗湿性和阻燃性。本研究为设计隔热、超弹性阻燃纳米复合材料提供了一条途径。

An ultralow-temperature superelastic polymer aerogel with high strength as a great thermal insulator under extreme conditions

DOI: 10.1039/d0ta05542e

本文提出了一种新的结构弹性策略，用低成本的原料制备具有高度取向的纳米薄片和分层蜂窝结构的超低温弹性聚合物气凝胶。这种方法使聚合物气凝胶在液氮温度（196℃）下具有超弹性和高强度，当应变为50%时，强度为140KPa以上，气凝胶可以承受超过其自身重量1万倍的重量，并且经过力去除后可以反复恢复到原来的尺寸。通过有限元模拟计算，揭示了结构的弹性机理。所制备的气凝胶还表现出优良的极端条件下的隔热性能，在从液氮到火灾的恶劣外部环境下，温度变化很小。它结合了超低温超弹性、机械强度高、在极端恶劣条件下具有良好的隔热性能、阻燃性和性能稳定性等特点。这些结果为超低温度下高强度的高级超弹性聚合物绝缘子的开发提供了新的思路。