研究背景

气凝胶纤维是气凝胶多孔网络和纤维细长几何形状的同时体现，在隔热方面显示出优于天然和合成纤维的重要优势。然而，如何在动态溶胶—凝胶转变过程中控制所得气凝胶纤维的结构单元取向度以扩展其新兴应用的功能是一个巨大的挑战。为此，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同团队以凯夫拉纳米纤维为原料，依次通过液晶纺丝、动态溶胶—凝胶转变、冷冻干燥和冷等离子体疏水化制备了具有不同结构单元取向度的纳米级凯夫拉液晶气凝胶纤维(NKLC)，为解决上述问题提供了新的思路。

相关成果以“Nanoscale Kevlar Liquid Crystal Aerogel Fibers”为题发表在国际顶级期刊《ACS Nano》（IF=18.027）上。

研究内容

本研究报道了一种纳米级凯夫拉液晶气凝胶纤维，具有不同结构单元取向的NKLC凝胶纤维在偏振光下显示出可区分的亮度(相对亮度从0.28到0.82)，这些纤维是通过在动态溶胶—凝胶转变过程中调节凯夫拉纳米纤维的浓度和牵伸比而制备的。相应的NKLC气凝胶纤维表现出极高的机械强度(41 MPa)、出色的隔热性能(0.037 W·m-1·K-1)以及超疏水性能(水接触角为154°)。

此外，由这些NKLC气凝胶纤维织成的织物可以通过交替吸收乙醇和常压干燥在气凝胶—凝胶之间循环多次转变。因此，通过用这些具有不同结构单元取向度的NKLC气凝胶纤维编织或刺绣，已经实现了具有加密信息(即条形码或二维码)的数字纺织品。只有将数字纺织品浸泡在乙醇中并在偏振光下观察时，加密信息才能被解密，显示出优异的信息安全性。这些NKLC气凝胶纤维在隔热、信息加密、按需解密等方面显示出巨大的应用潜力。

主要数据

图一 纳米级凯夫拉尔液晶(NKLC)气凝胶纤维的示意性制造工艺及其在隔热、信息加密和按需解密方面的应用。

图二 NKLC凝胶纤维的制备工艺及性能测试。

图三 NKLC气凝胶纤维的性能测试。

图四 NKLC气凝胶纤维的超疏水功能化。

图五 数字纺织品的信息存储和解密功能。

原文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c06591?ref=pdf

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