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可降解材料:纤维素基气凝胶极具发展前景

浏览:0 发布日期:2018-09-23

     气凝胶是一种超轻质的固体材料,其内部98%以上是空气,又被称为“凝固的烟”。1999年,美国航空航天局喷气推进实验室首次研制出超轻二氧化硅气凝胶,其密度为3毫克每立方厘米,成为当时世界上最轻的固体材料。这种超轻材料随后被“星尘”号彗星探测器携带进入太空,并成功用于彗星尾部尘埃微粒的捕捉。2012年,德国科学家制造了一种名为“石墨气凝胶”的材料,其密度为0.18毫克每立方厘米,使气凝胶材料的密度达到了一个新的极限。2013年,浙江大学制造的“全碳气凝胶”超轻材料,其密度为0.16毫克每立方厘米,又创造了一个新的记录。东华大学研发的0.12毫克每立方厘米“纤维气凝胶”,再次成功刷新了“世界最轻材料”的记录。


     可降解材料:纤维素基气凝胶极具发展前景


     气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶,它具有纳米级多孔结构和高孔隙等特点,是目前所知密度最小的固体材料之一。由于其制备过程繁琐冗长,价格昂贵易脆等缺点,很长一段时间没有引起业界关注。直到超临界干燥法问世,气凝胶才引起研究者的注意。


     超临界干燥法可以快速、批量生产出精确尺寸、任意形状及结构完整的气凝胶材料。由于气凝胶材料的分散介质是气体,网络空隙结构均为纳米级别,所以气凝胶拥有高空隙率、高比表面积、低热传导系数、低介电常数、低光折射率、低声速等。


     气凝胶根据成分可分为三类:无机气凝胶、有机气凝胶和复合气凝胶三类。纤维素气凝胶作为新生第三代材料具有良好的生物相容性和可降解性。在制药、航天、军工等领域都有很大的应用。芬兰的研究人员制造出了一种具有惊人高浮力的纳米纤维素气凝胶。据研究人员称,由1磅这种材料制成的小船就可以运载最高1,000磅的货物。通过细菌制备的纳米纤维素还可以用于制造防弹玻璃、航空材料,乃至伤口敷料,这是因为纳米纤维素可以保持其硬度和强度,甚至浸泡在液体中也不会发生变化。


      纤维素基气凝胶材料不仅具有无机气凝胶的高孔隙率、高比表面积、低密度、优异的隔音隔热性能、低介电常数等特点,同时具备绿色可再生材料的来源广泛、可生物降解和优异的生物相容性等优点,因此在催化剂负载、医用生物材料、吸音隔热材料、过滤材料和模板材料等方面具有巨大的潜在应用价值。通过物理共混或化学改性,制备具有特殊性能的杂化或复合型气凝胶,如疏水性、导电性、抗菌性、透明性等;探索温和的干燥条件,制备高强度气凝胶;开发清洁高效的溶剂及低成本、大规模的工业制备技术等,都将成为纤维素基气凝胶材料未来发展的研究方向。

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