西工大化學(xué)與化工學(xué)院孔杰教授團(tuán)隊(duì)與中科院蘇州納米所張學(xué)同研究員團(tuán)隊(duì)合作，在可空氣集水、制冷制熱與電磁波吸收功能集成的氣凝膠纖維方向取得重要進(jìn)展，研究成果以Hygroscopic Holey?Graphene Aerogel Fibers Enable Highly Efficient Moisture Capture, Heat Allocation and Microwave Absorption“為題，于近期在國(guó)際重要學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上在線發(fā)表（2022, 13, 1227）。

氣凝膠纖維是一種具有高比表面積、高孔隙度、低密度等特性的新型纖維材料。氣凝膠纖維的多孔結(jié)構(gòu)可以方便地與其他功能組分結(jié)合，在實(shí)現(xiàn)材料功能化方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，已報(bào)道的功能化氣凝膠纖維多為單一功能化材料，如何設(shè)計(jì)制備多功能集成的智能纖維面臨巨大挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)將吸濕性LiCl引入到打孔石墨烯氣凝膠纖維中，得到具有吸濕性的石墨烯氣凝膠智能纖維（LiCl@HGAFs），實(shí)現(xiàn)了可空氣集水、吸附制冷/制熱與電磁波吸收功能的集成。

圖1?HGAFs和LiCl@HGAFs制備示意圖
為了提升纖維的吸濕動(dòng)力學(xué)，將氧化石墨烯進(jìn)一步進(jìn)行氧化造孔得到打孔氧化石墨烯HGO，之后通過(guò)濕法紡絲、HI還原和超臨界干燥，制備出了打孔石墨烯氣凝膠纖維（HGAFs）。隨后，以HGAFs為載體，使用浸漬的方法將LiCl負(fù)載到纖維載體中。通過(guò)過(guò)氧化氫在高溫下對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行刻蝕處理，在氧化石墨烯片層上構(gòu)造出納米孔（圖1a-c），并且經(jīng)過(guò)刻蝕之后的打孔氧化石墨烯分散液可以形成與氧化石墨分散液類似的液晶相，這有助于在紡絲過(guò)程打孔石墨烯片層發(fā)生動(dòng)態(tài)自組裝。所得的打孔石墨烯氣凝膠纖維具有優(yōu)異的柔韌性（彎曲剛度Rf= 3.08×10-9 N m2），可以進(jìn)行彎曲、纏繞、打結(jié)和編織（圖1d-f）。從HGAFs與LiCl@HGAFs的掃描電鏡照片可分析出，通過(guò)溶液浸漬法引入的LiCl均勻的分散在打孔石墨烯片層上，并且纖維本身依然保留了多孔結(jié)構(gòu)。LiCl的引入上的纖維變得更加親水（接觸角從132.6°下降到了67.3°），而并未對(duì)氣凝膠纖維載體的導(dǎo)電性能等產(chǎn)生明顯的影響。

圖2?LiCl@HGAFs吸濕性能
通過(guò)對(duì)石墨烯片層進(jìn)行刻蝕處理可以顯著增強(qiáng)吸濕纖維的動(dòng)力學(xué)，如圖2所示，在30 min吸濕性石墨烯氣凝膠纖維LiCl@GAFs與LiCl@HGAFs吸濕量分別為1.37 g g-1和1.81 g g-1，提升32.1%。并且LiCl@HGAFs在寬濕度范圍內(nèi)具有高吸濕量，在相對(duì)濕度為90%的條件下6 h吸濕量可達(dá)4.14 g g-1而不產(chǎn)生泄露,即使在相對(duì)濕度為30%的條件下吸濕量依然可以達(dá)到0.66 g g-1，這要?dú)w功于LiCl超強(qiáng)的吸濕性以及HGAFs優(yōu)異的限域能力。此外，LiCl@HGAFs具有良好的光響應(yīng)性與電響應(yīng)性。在太陽(yáng)照射下，纖維的溫度可在44 s內(nèi)從22℃升至46℃，光熱條件下再生程度可以達(dá)到83.4%。在12 V電壓下纖維表面的溫度達(dá)到131℃，可以使吸濕后的纖維完全再生。進(jìn)一步的循環(huán)測(cè)試表明，在10次吸附-脫附循環(huán)中，LiCl@HGAFs的吸附量沒(méi)有明顯退化，具備良好的穩(wěn)定性。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28906-4

本文來(lái)源：西北工業(yè)大學(xué)