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  氣凝膠是由納米結(jié)構(gòu)或分子鏈自組裝而成的開放多孔固體材料，它們的孔隙中充滿了大量的空氣介質(zhì)，具有低體積密度、高孔隙結(jié)構(gòu)、大比表面積、低導(dǎo)熱系數(shù)等物理特征，在隔熱保溫領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。RF、PU、PI等有機(jī)氣凝膠比無(wú)機(jī)氣凝膠機(jī)械強(qiáng)度高，可成型性更好，但其合成工藝較復(fù)雜，加工過(guò)程使用到的有毒溶劑和原材料在環(huán)境中難降解，易造成環(huán)境污染等問(wèn)題。天然聚合物制備的生物質(zhì)氣凝膠不涉及使用有毒化學(xué)品和復(fù)雜的化學(xué)合成過(guò)程，表現(xiàn)出豐富的多孔結(jié)構(gòu)、較好的隔熱性能和可擴(kuò)展的化學(xué)功能。可再生的天然聚合物資源豐富，價(jià)格低廉，發(fā)展以天然聚合物為基礎(chǔ)的生物質(zhì)氣凝膠替代石油衍生物制備有機(jī)氣凝膠是近年來(lái)氣凝膠材料發(fā)展的一個(gè)重要方向。

  最近，中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院蔣崇文教授課題組通過(guò)水熱法合成高長(zhǎng)徑比的羥基磷灰石納米棒（HANRs）對(duì)海藻酸鈉氣凝膠的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行增強(qiáng)，結(jié)合硼酸化學(xué)交聯(lián)和冷凍干燥得到HANRs/SAB復(fù)合氣凝膠（圖1）。其中，納米棒狀結(jié)構(gòu)HANRs中鈣離子和海藻酸鈉的羧基形成第一層靜電結(jié)合力，而硼酸化學(xué)交聯(lián)海藻酸鈉形成第二層化學(xué)結(jié)合力（圖2）。HANRs/SAB的模量和最大壓縮強(qiáng)度分別為2.39 MPa和0.75 MPa，而體積密度僅為0.038-0.068 g·cm^-3。HANRs/SAB表現(xiàn)出最佳導(dǎo)熱系數(shù)為35.15 mW·m^-1·K^-1（圖3）。此外，HANRs/SAB表現(xiàn)出突出的阻燃性能，不僅有較低的熱釋放率（12.88 kW·m^-2）和總熱釋放量（3.19 MJ·m^-2）外，還有較低的煙氣釋放量（11.3 m²·m^-2）。基于雙交聯(lián)策略的低成本生物質(zhì)聚合物復(fù)合氣凝膠在隔熱阻燃領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。該工作以“Thermal Insulation and Flame Retardancy of the Hydroxyapatite Nanorods/Sodium Alginate Composite Aerogel with a Double-Crosslinked Structure”為題發(fā)表在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

 圖1. HANRs/SAB氣凝膠的制備工藝形貌和性能特征。

圖3. SAB氣凝膠和HANRs/SAB(0.5)、HANRs/SAB(1)、HANRs/SAB(2)的體積密度和熱導(dǎo)率(a)。HANRs/SAB氣凝膠與已報(bào)道的生物聚合物氣凝膠材料的導(dǎo)熱系數(shù)比較(b). SAB氣凝膠與HANRs/SAB(1)的紅外熱像圖 (c). SAB氣凝膠與HANRs/SAB復(fù)合氣凝膠在熱板上(T = 100℃)的冷面溫度隨時(shí)間的變化情況(d)。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c12254