Аэрогели - это легкие материалы с обширными микромасштабными порами, которые могут быть использованы в теплоизоляции, энергетических устройствах, аэрокосмических конструкциях, а также в новых технологиях гибкой электроники. Однако традиционные аэрогели на основе керамики, как правило, хрупкие, что ограничивает их эксплуатационные характеристики в несущих конструкциях. Из-за ограничений, связанных с их строительными блоками, недавно разработанные классы полимерных аэрогелей могут достичь высокой механической прочности только за счет снижения их структурной пористости или легких характеристик.
Исследовательская группа, возглавляемая доктором Лижи Сюй и доктором Юань Линем с кафедры машиностроения инженерного факультета Гонконгского университета (HKU), разработала новый тип полимерных аэрогелевых материалов с широкими возможностями применения для различных функциональных устройств.
В этом исследовании был успешно создан новый тип аэрогелей с использованием самосборной сети нановолокон, включающей арамиды, или кевлар, полимерный материал, используемый в пуленепробиваемых жилетах и шлемах. Вместо использования миллиметровых волокон кевлара исследовательская группа использовала метод обработки раствором для диспергирования арамидов в наноразмерные волокна. Взаимодействие между нановолокнами и поливиниловым спиртом, другим мягким и "клейким" полимером, создало трехмерную фибриллярную сеть с высокой узловой связностью и прочным сцеплением между нановолокнами. "Это похоже на микроскопическую 3D-сеть ферм, и нам удалось прочно сварить фермы вместе, в результате чего получился очень прочный материал, который может выдерживать значительные механические нагрузки, превосходя другие аэрогелевые материалы", - сказал доктор Сюй.
Команда также использовала теоретическое моделирование, чтобы объяснить выдающиеся механические характеристики разработанных аэрогелей. "Мы построили множество компьютерных 3D-моделей сетей, которые отражают основные характеристики нановибриллярных аэрогелей", - сказал доктор Лин, который руководил теоретическим моделированием исследования. "Узловая механика фибриллярных сетей имеет важное значение для их общего механического поведения. Наше моделирование показало, что узловая связность и прочность сцепления между волокнами влияют на механическую прочность сети на много порядков даже при одинаковом содержании твердых частиц", - сказал доктор Лин.
"Результаты очень захватывающие. Мы не только разработали новый тип полимерных аэрогелей с превосходными механическими свойствами, но и дали представление о дизайне различных нановолокнистых материалов", - сказал доктор Сюй, добавив: "Простые процессы изготовления этих аэрогелей также позволяют использовать их в различных функциональных устройствах, таких как носимая электроника, тепловая маскировка, фильтрующие мембраны и другие системы,"
Комментарии