&

Nanoscale-輕若鴻毛，阻燃隔熱的高強(qiáng)度纖維素氣凝膠

2017-11-16 09:36:16 作者：本網(wǎng)整理來源：材料前沿科技分享至：

在建造現(xiàn)代節(jié)能建筑時，房屋保溫功能的實(shí)現(xiàn)經(jīng)常需要用到大量具有絕熱功能的阻燃材料。納米纖維素（CNF）氣凝膠是一種優(yōu)異的輕質(zhì)熱絕緣體，它具有來源廣泛、可持續(xù)再生、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，是目前構(gòu)建節(jié)能建筑的新趨勢。但是纖維素自身具有易燃的缺點(diǎn)，它的阻燃處理通常采用鹵系或者磷系阻燃劑，這些阻燃劑雖然能夠提高纖維素的阻燃性能，但是在燃燒時會放出有毒的鹵化氫和含磷氧化物，對環(huán)境和人體造成危害。

有研究表明，二硫化鉬（MoSO2）的熔點(diǎn)高達(dá)1185℃。在二硫化鉬與聚合物的復(fù)合材料中，二硫化鉬納米片能夠形成一種屏障，有效減少外界的熱量與氧氣的傳播，同時抑制基材釋放有毒的揮發(fā)性物質(zhì)，具有較低的熱導(dǎo)率和良好的阻燃性能。

基于此，美國東北大學(xué)的研究人員通過化學(xué)交聯(lián)的方法，用超薄的1T金屬相二硫化鉬對納米纖維素進(jìn)行納米包覆，利用冷凍干燥法制得一種氣凝膠納米復(fù)合材料。這種低密度的纖維素氣凝膠具有高比強(qiáng)度、出色的阻燃能力和自熄滅能力，在房屋建造、航空航天的絕熱阻燃材料上有良好應(yīng)用前景。該成果發(fā)表在近期《Nanoscale》上。

1 制備流程

▲圖1

（a）通過化學(xué)法和機(jī)械法將納米纖維素（CNF）從天然木材管胞中分離出來。

（b）用水熱法制備1T金屬相的MoS2納米片，MoS2的結(jié)構(gòu)如紅框所示。

（c） MoS2上的Mo4+與纖維素中的-COOH,-OH 發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，凝膠化反應(yīng)后得到CNF/MoS2凝膠。

（d）冷凍干燥后制得的 CNF/MoS2氣凝膠的照片，紅框中是CNF/MoS2 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。

2 力學(xué)性能

▲圖2

（a）徑向和（c）軸向的CNF/MoS2氣凝膠的SEM照片。

（b）氣凝膠的數(shù)碼照片。

（d） MoS2, CNF,and CNF/MoS2 溶液的粘度曲線

（e） MoS2 在化學(xué)交聯(lián)之前Mo 3d 的XPS譜圖。

（f） CNF/MoS2 氣凝膠中Mo3d 的XPS 譜圖。

（g）表現(xiàn)氣凝膠強(qiáng)度的數(shù)碼照片，0.1g的氣凝膠可支撐210g的荷載。

（h） CNF/MoS2 氣凝膠在軸向/徑向的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

（i）氣凝膠在軸向和徑向上的楊氏模量。

3 阻燃隔熱性能

▲圖3

（a）軸向和（b）徑向的CNF/MoS2氣凝膠的紅外圖像與溫度分布

（c）軸向與（d）徑向的輪廓模型的溫度分布。

（e） CNF/MoS2 氣凝膠在 1300 °C的丁烷火焰中垂直燃燒6s后的變化。

（f ） CNF 與CNF/MoS2氣凝膠的TGA曲線圖。

（g） of spectra in CNF/MoS2氣凝膠在燃燒后C 1s的XPS譜圖。

（h） CNF/MoS2 氣凝膠在錐形量熱測試過程的數(shù)碼照片，該過程中沒有出現(xiàn)連續(xù)的火焰。

參考文獻(xiàn)：Yang L, Mukhopadhyay A, Jiao Y, et al. Ultralight, highly thermally insulating and fire resistant aerogel by encapsulating cellulose nanofibers with two-dimensional MoS2.[J]. Nanoscale, 2017.

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：殷鵬飛

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請第一時間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。