Nanoscale-轻若鸿毛，阻燃隔热的高强度纤维素气凝胶-气凝胶品牌为你呈现

在建造现代节能建筑时，房屋保温功能的实现经常需要用到大量具有绝热功能的阻燃材料。纳米纤维素（CNF）气凝胶是一种优异的轻质热绝缘体，它具有来源广泛、可持续再生、绿色环保的优点，是目前构建节能建筑的新趋势。但是纤维素自身具有易燃的缺点，它的阻燃处理通常采用卤系或者磷系阻燃剂，这些阻燃剂虽然能够提高纤维素的阻燃性能，但是在燃烧时会放出有毒的卤化氢和含磷氧化物，对环境和人体造成危害。

有研究表明，二硫化钼（MoS₂）的熔点高达1185℃。在二硫化钼与聚合物的复合材料中，二硫化钼纳米片能够形成一种屏障，有效减少外界的热量与氧气的传播，同时抑制基材释放有毒的挥发性物质，具有较低的热导率和良好的阻燃性能。

基于此，美国东北大学的研究人员通过化学交联的方法，用超薄的1T金属相二硫化钼对纳米纤维素进行纳米包覆，利用冷冻干燥法制得一种气凝胶纳米复合材料。这种低密度的纤维素气凝胶具有高比强度、出色的阻燃能力和自熄灭能力，在房屋建造、航空航天的绝热阻燃材料上有良好应用前景。该成果发表在近期《Nanoscale》上。

▲图1 

(a) 通过化学法和机械法将纳米纤维素（CNF）从天然木材管胞中分离出来.

(b) 用水热法制备1T金属相的MoS₂纳米片，MoS₂的结构如红框所示.

(c) MoS₂上的Mo4+与纤维素中的-COOH,-OH 发生化学交联，凝胶化反应后得到CNF/MoS2凝胶.

(d) 冷冻干燥后制得的 CNF/MoS₂气凝胶的照片，红框中是CNF/MoS₂ 复合材料的结构示意图.

▲图2

(a)径向和(c) 轴向的CNF/MoS₂气凝胶的SEM照片.

(b) 气凝胶的数码照片.

(d) MoS₂, CNF,and CNF/MoS₂ 溶液的粘度曲线

(e) MoS₂ 在化学交联之前Mo 3d 的XPS谱图.

(f) CNF/MoS₂ 气凝胶中Mo3d 的XPS 谱图.

(g) 表现气凝胶强度的数码照片，0.1g的气凝胶可支撑210g的荷载.

(h) CNF/MoS₂ 气凝胶在轴向/径向的应力-应变曲线.

(i) 气凝胶在轴向和径向上的杨氏模量.

▲图3 

(a) 轴向和(b) 径向的CNF/MoS₂气凝胶的红外图像与温度分布

(c) 轴向与 (d) 径向的轮廓模型的温度分布.

(e) CNF/MoS₂ 气凝胶在 1300 °C的丁烷火焰中垂直燃烧6s后的变化. 

(f ) CNF 与CNF/MoS₂气凝胶的TGA曲线图.

(g) of spectra in CNF/MoS₂气凝胶在燃烧后C 1s的XPS谱图.

(h) CNF/MoS₂ 气凝胶在锥形量热测试过程的数码照片，该过程中没有出现连续的火焰.

参考文献：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.