關(guān)注：可持續(xù)超彈性分級多孔纖維素氣凝膠新技術(shù)

2022/12/26 19:30:00 來源: 評論(0)3405

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纖維素氣凝膠受到分子間氫鍵誘導的結(jié)構(gòu)可塑性的困擾，一種不使用石油化工的策略，通過在多尺度上設(shè)計分級結(jié)構(gòu)來制備超彈性纖維素氣凝膠。熱蝕刻制備的脫水纖維素多孔壁不僅剛度和粘性降低，還能引導微觀變形，緩解局部大應(yīng)變，防止結(jié)構(gòu)倒塌。該氣凝膠具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，包括寬溫度范圍的高彈性，抗疲勞性(105次循環(huán)后約5%的塑性變形)，高的角度恢復速度(1475.4°s-1)，優(yōu)于大多數(shù)纖維素基氣凝膠。這種良性策略保留了生物質(zhì)的生物安全性，并為與健康相關(guān)的應(yīng)用提供了替代過濾材料，如口罩和空氣凈化。

ACHAs的制備、表征和性能。a)冷凍鑄造和熱蝕刻相結(jié)合制備ACHAs的示意圖。

含CNFs和PHAs的均勻水分散體被定向冷凍鑄造，通過擠壓分散體建立定向通道。PHA顆粒的熱蝕刻形成了細胞壁上的次生孔。b, c)顯示ACHA各向異性和分層微觀結(jié)構(gòu)的SEM圖像。插圖b)顯示一個超輕的ACHA樣品放在蒲公英上。d) FTIR光譜顯示特征峰在1720 cm-1時，ACHA中分配給C=O的值消失，表明PHA被有效去除。e)定制形狀的ACHAs的大規(guī)模制造。f)顯示ACHA在180°大角度下的可扭性和可恢復性的照片。

機械性能的表征。a-c)三種纖維素氣凝膠(DCA、ACA和ACHA)在50%應(yīng)變循環(huán)試驗下的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

插圖顯示測試前后對應(yīng)樣本的高度保留情況。

d)三種纖維素氣凝膠在50%應(yīng)變下的10個壓縮循環(huán)的應(yīng)力降低、e)塑性變形和f)能量損失系數(shù)，表明ACHA具有最佳的彈性。

g) ACHA在50%應(yīng)變下105次循環(huán)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，留下~5%的塑性變形。

h)與先前報道的纖維素基相比，ACHA氣凝膠的高度保留率。括號中的百分數(shù)表示循環(huán)試驗后保留的應(yīng)力，第二個數(shù)字表示相關(guān)參考資料。i)顯示ACHA在液氮中大應(yīng)變高達80%時的穩(wěn)定性和彈性的照片。

ACHAs的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)變形觀察。

a)壓縮應(yīng)變50%及釋放之后ACHA的SEM觀察。

b) FIB-SEM納米操縱器與細胞壁相互作用示意圖。在納米操作器緩慢向上移動并接觸單個細胞壁的過程中獲得原位掃描電鏡圖像。

c)原位掃描電鏡圖像顯示ACHA多孔細胞壁的局部變形，驗證了多孔細胞壁的增強變形能力。

d)彎曲ACHA的掃描電鏡圖像，揭示了壓縮和拉伸側(cè)的變形機理。彎曲方向與取向通道平行。

e)可折疊和可回收的ACHA的照片。

f)高速攝像機實時圖像顯示ACHA可在61 ms內(nèi)從彎曲到90°角恢復。a)比例尺為500 μm, c)比例尺為10 μm, e, f)比例尺為1 cm。

ACHAs的空氣過濾性能。a、b)不同樣品(5mm厚ACHA、10mm厚ACHA和商用口罩)在a) 1 L min-1和b) 5 L min-1流速下的PMs去除效率。氣流方向與定向通道平行。c) 30次循環(huán)試驗(1 L min-1)表明10 mm厚的ACHA具有穩(wěn)定的PMs去除效率和壓降。d)自制PMMA吸煙實驗箱示意圖。pm由香燭產(chǎn)生，氣流方向用箭頭表示。e)去除機理說明和f)吸煙實驗后10mm厚ACHA的掃描電鏡顯示吸收的pmms。f)中插入的是測試后的樣品。插花的比例尺為1厘米。

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