【复材资讯】江南大学J Mater Chem A：具有1D纳米纤维-2D纳米片层交联结构的大…
由一维纳米纤维组装而成的纳米纤维气凝胶具有优异的柔韧性和可压缩性，在管道和飞机等柔性热防护系统中具有良好的应用前景。然而，传统由纳米纤维点对点交联构建的纳米纤维气凝胶，在承受大应变和高强度冲击时，会发生应力集中，导致纳米纤维气凝胶产生较大的塑性形变，甚至结构的崩塌。因此，构建强相互作用的交联结构对提高纳米纤维气凝胶的力学性能至关重要。
基于此，江南大学高分子纳米复合材料课题组提出了二维片层交联纳米纤维的新策略，用于构建无温度依赖性的耐疲劳、柔性聚酰亚胺纳米纤维气凝胶（PINAs）。纳米纤维与片层之间的相互作用形成了具有高度节点衔接和强交联的纳米纤维网络。纳米纤维和片层之间稳定的交联结构赋予PINAs温度不变的柔韧性（-196 °C~300 °C），良好的力学性能和97%的高应变回复率（75%应变下10,000次压缩循环）。更重要的是，在95%的大应变下循环压缩100次，PINAs未发生明显的塑性形变，表现出良好的回弹性。此外，PINAs在室温下热导率仅有26.4 mW m−1 K−1，可以用作柔性隔热材料，为具有优异回弹性和稳定性的超轻气凝胶材料的开发提供了新思路。该研究成果以“Fatigue-resistant and thermal insulating polyimide nanofibrous aerogels with temperature-invariant flexibility and nanofiber–lamella crosslinking architecture”发表于Journal of Materials Chemistry A。薛甜甜博士后为文章第一作者，江南大学樊玮教授为文章通讯作者。
由水溶性聚酰胺酸和聚酰胺酸纳米纤维自组装形成了一种新型的1D纳米纤维-2D纳米片层交联结构，其具有高度节点衔接性和强交联相互作用。
同质纳米纤维和片层具有良好的界面相容性，通过机械联锁效应沿片层和纳米纤维分散应力，赋予聚酰亚胺纳米纤维气凝胶无温度依赖的柔韧性，良好的力学性能和高应变回复率。
柔性、超弹的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶具有超低密度（7.6 mg cm−3）和低导热系数（室温下26.4 mW m−1 K−1），在管道保温等领域表现出优异的热防护性能。
通过有限元分析，证实了具有纤维-片层交联结构的纳米纤维气凝胶的结构稳定性。基于水溶性聚酰胺酸和聚酰胺酸纳米纤维自组装构建了纳米纤维-片层交联结构的新型聚酰亚胺纳米纤维气凝胶，其具有较低密度、优异的柔韧性和成型性。
进一步研究了不同含量纳米纤维-片层的气凝胶的结构演变规律。随着水溶性PAA含量的增加，结构中的片层数量和交联面积逐渐增加，弹性和最大应力增强。当纳米纤维与片层比例为2：1时，纳米纤维气凝胶表现出最佳的压缩回弹性。气凝胶优异的弹性和柔韧性，主要归因于其层次化的多孔结构和纳米-片层交联结构。而继续增加片层含量后，纳米纤维的平移自由度和旋转自由度都受到了约束，从而表现出较大塑性形变。
由于纳米纤维-片层交联结构提供的稳定三维网络结构，PINAs气凝胶在应变为75%的情况下，1万次压缩-回弹循环后没有发现明显的塑性变形和强度衰减。即使在95%的应变下，PINAs还可以重复压缩100次，也几乎没有结构变化，突出了其良好的弹性和耐疲劳性。
PINAs在高温和低温环境中表现出优异的压缩回弹性。基于动态力学分析仪（DMA）表征了PINAs在-100到300 ℃的温度范围内的结构稳定性，证实PINAs的存储模量、损耗模量和阻尼比都是稳定的。结果表明，PINAs具有显著的无温度依赖性的弹性和抗疲劳性能。
由纳米纤维-片层交联结构组装成的曲折路径有效降低了固体的热传导，且片层的存在提供了更多的固-气界面反射红外辐射，因此，PINAs的导热系数仅有26.4 mW m−1 K−1，低于其他商用隔热材料。即使在300 °C时，其导热系数也仅有45.3 mW m−1 K−1。由于其优异的回弹性和保温性能，可作为柔弹性保温材料。将PINAs包裹在管道周围作为绝热层，在管道中注入热液体或冷液体来模拟高温或低温环境，发现PINAs具有很好的保温或着保冷效果。
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原标题：《【复材资讯】江南大学J. Mater. Chem. A：具有1D纳米纤维-2D纳米片层交联结构的大形变和耐疲劳聚酰亚胺气凝胶》
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