纤维气凝胶的分类、制备工艺及应用现状

气凝胶具有高孔隙率、低密度、高比表面积和低热导率等优异性能,广泛应用于隔热、隔音和吸附等领域,已经成为21世纪以来新型纳米多孔材料的研究热点。但是由于气凝胶的网络结构导致其缺点也十分突出,首先,气凝胶的力学性能较差、脆性大,使其加工、处理变得困难,且易产生粉尘污染;其次,由于原料和制备工艺等限制,气凝胶的价格昂贵;另外往往只能静态成型难以连续生产,形态多是与模具或反应相对应的块状或粉末状,不能满足更多的应用。因此提高气凝胶的力学性能、寻找更简单廉价的合成方式和拓宽气凝胶形态等成为亟待解决的问题。设计制备纤维态气凝胶和纤维复合气凝胶是解决上述不足的方法之一。可通过湿法纺丝、管中浇铸、纤维状基材自组装、静电纺丝、纤维热解碳化、原纤化堆积等成型方法和超临界、冷冻、常压等干燥工艺,制备无机纤维气凝胶、有机纤维气凝胶、有机/无机杂化纤维气凝胶和纤维复合气凝胶材料,实现气凝胶的骨架结构的增强、纤维态气凝胶的成型和连续生产,可避免附聚并方便回收处理,还可设计调控特殊的中空结构和分级孔结构,或利用嵌入纤维的独特物理、化学特性,在保持气凝胶原有优秀性能的基础上,赋予其新的性能。本文对近五年纤维气凝胶及纤维复合气凝胶材料的研究现状进行了概览,介绍了纤维气凝胶的类型、制备方法及原理,说明了纤维气凝胶在吸附、隔热、传感、能量存储、催化和微波屏蔽等传统及新兴领域的应用,并提出了未来可尝试的研究方向,对纤维气凝胶的改进提出一些建议。