氣凝膠雖被譽(yù)為“超級絕熱材料”，但其脆性與難加工性長(cháng)期制約紡織應用。傳統氣凝膠纖維化技術(shù)依賴(lài)溶液擠出法，需經(jīng)歷紡絲、干燥等多步驟，存在效率低、力學(xué)損失大（強度損失約95%）等瓶頸。東華大學(xué)朱美芳院士、成艷華研究員團隊創(chuàng )新提出卷對卷加捻組裝策略（圖1），以二維聚丙烯腈（PAN）納米纖維膜為載體，通過(guò)溶液噴涂負載78%體積分數的介孔二氧化硅氣凝膠顆粒，經(jīng)連續加捻形成阿基米德螺旋紗線(xiàn)結構，最終包覆納米纖維保護層。該工藝以900米/小時(shí)高速連續產(chǎn)出氣凝膠紗線(xiàn)（NF-TAY），其密度僅0.20 g·cm?3、孔隙率達85%。微觀(guān)表征（圖1i-k）顯示氣凝膠顆粒被緊密錨定于加捻納米纖維的層狀結構中，外層納米纖維網(wǎng)絡(luò )有效防止顆粒脫落。
示意圖1.加捻組裝氣凝膠紗線(xiàn)的示意圖具有加捻結構和優(yōu)異的保溫性能的紡織品。
圖1.氣凝膠紗線(xiàn)的制造及其微觀(guān)形態(tài)。
力學(xué)與隔熱性能雙重突破（圖2-3）：加捻結構誘導納米纖維徑向壓縮，提升纖維間摩擦與致密度，形成穩固的“多層過(guò)濾器”架構（圖2a）。所得紗線(xiàn)（直徑800 μm）拉伸強度達16.3 MPa，斷裂伸長(cháng)率55.4%，較原始膜強度提升7倍、韌性激增27倍（圖2b-c）。單根紗線(xiàn)（15 mg）可提拉500 g重物（相當自重3.3萬(wàn)倍，圖2d），并展現優(yōu)異柔韌性，可緊密打結（曲率半徑500 μm，圖2e-g）及編織成復雜織物（圖2h-k）。其隔熱性能更超越羊絨：NF-TAY紡織品導熱系數僅32.3 mW·m?1·K?1，顯著(zhù)低于羊絨（37.2）和棉（46.7）。紅外成像證實(shí)（圖3a-b），在40℃熱臺與10℃環(huán)境中，1.5 mm厚NF-TAY織物表面溫度（31.4℃）低于羊絨（32.3℃）與棉（33.2℃）。三重隔熱機制（圖3c）包括：①氣凝膠納米孔（20 nm）通過(guò)克努森效應抑制氣體傳熱；②PAN纖維提升輻射屏蔽；③納米纖維/氣凝膠界面弱化聲子傳遞。即便經(jīng)歷–196℃至100℃極端溫度、機械形變及壓縮（6250 Pa），隔熱穩定性（|ΔT|≈13℃）仍保持不變（圖3d）。
圖 2.氣凝膠紗線(xiàn)的機械性能。
圖3.氣凝膠紗線(xiàn)的保溫性能。
多功能集成拓展應用場(chǎng)景（圖4）：疏水氣凝膠顆粒與納米纖維包覆層協(xié)同實(shí)現耐百次水洗，力學(xué)保留率>97%、顆粒脫落<1 wt%（圖4a）；外層噴涂聚偏氟乙烯（PVDF）后接觸角達146°（圖4b-c），適應高濕環(huán)境；電紡涂層添加染料可實(shí)現多彩編織（圖4d-e）；表面沉積碳納米管（CNTs）后，在–21℃環(huán)境中8.2 V電壓即可升溫至25℃（人體舒適溫度），賦予主動(dòng)加熱功能（圖4f-g）。
圖 4.多功能 NF-TAY 應用程序。
該工作通過(guò)卷對卷加捻技術(shù)破解氣凝膠連續化生產(chǎn)與力學(xué)強韌化難題，所開(kāi)發(fā)紗線(xiàn)兼具高負載（78%）、高強度（16.3 MPa）、超低導熱（32.3 mW·m?1·K?1）及耐極端環(huán)境特性，并支持染色、疏水與加熱功能定制，為極地防護、軍事裝備及智能可穿戴紡織品提供革新方案。
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
