芳纶纳米纤维气凝胶的研究进展

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气凝胶是一种具有多孔网络结构的材料，其具有低密度、高比表面积、低导热系数和高抗压强度等优异的性能，在保温隔热、吸附分离、催化载体等领域具有重要的应用前景。
目前，气凝胶主要分为两类：一类是以天然高分子为原料制备的凝胶；另一类是以人工合成高分子材料为原料制备的凝胶。

其中，纤维状气凝胶是通过溶胶-凝胶法、超临界干燥等技术制备而成，由于其具有低密度、高孔隙率、高比表面积和高抗压强度等优点，近年来得到了广泛关注和研究。
本文就纤维状气凝胶的制备方法及应用进展进行了综述，旨在为纤维状气凝胶的开发与应用提供参考。

溶胶-凝胶法制备纤维状气凝胶是最早得到应用的方法，也是目前研究较多的方法。溶胶-凝胶法是将无机溶胶与有机高分子通过溶胶-凝胶法发生化学反应而形成稳定的复合结构，再通过干燥、热处理得到纤维状气凝胶。

纤维状气凝胶主要包括以下两种：一种是纳米纤维，另一种是超细纤维。纳米纤维的直径在100 nm左右，比表面积约为40m2/g；超细纤维的直径约为100 nm，比表面积约为2000m2/g。
溶胶-凝胶法的制备原理是通过化学反应生成一种具有三维网络结构的有机溶胶，然后再将该有机溶胶加热到一定温度，再经干燥、热处理得到气凝胶。下面就各类纤维状气凝胶的制备方法及应用进展进行简要综述：
超临界流体是指温度、压力和密度变化范围非常大的流体，在其临界点附近，具有与其他物质不同的物理、化学特性，例如其密度为0~100 kg/m3、比热为0~1 200 kJ/kg、粘度为1×10-6 Pa·s （常态下）、扩散系数为1×10-7m·s-1等，

因此超临界流体干燥技术可用于制备纳米纤维状气凝胶。Wang等人采用超临界干燥法成功制备了一种高孔隙率、高密度的纤维状气凝胶，其密度为0.74g/cm3,比表面积为770m2/g，孔隙率为66.6%。
Wang等人通过对超临界干燥后的纤维状气凝胶进行结构分析和密度测定，发现纤维状气凝胶的密度仅为0.14g/cm3,孔隙率可达93.2%。

溶剂置换法是一种简单的制备纳米纤维气凝胶的方法，主要包括直接溶胶-凝胶法、溶剂置换-凝胶法和溶剂置换-溶胶-凝胶法。

其中，直接溶胶-凝胶法是将纤维放在溶胶中，并使其干燥得到的产品，其制备方法简单，但纤维易聚集；溶剂置换-凝胶法是将纤维悬浮在溶胶中，并在适当温度下将溶剂转移到纤维上得到的产品；
溶剂置换-溶胶-凝胶法是先将纤维悬浮在溶胶中，再向溶液中加入一定量的水，使其与溶液均匀混合，然后再将其转移到干燥箱中得到的产品。
溶剂置换-凝胶法工艺简单、成本低廉、工艺流程短，但纤维容易聚集，难以形成纳米尺度的网络结构。因此，溶剂置换-凝胶法一般用于制备较大尺寸的气凝胶。

超临界流体技术是在超临界状态下，以超临界流体作为分散介质，利用其具有特殊的物理化学性质，在一定温度和压力下制备纤维状纳米气凝胶的一种方法。
该方法的原理是通过热力学与动力学分析，在超临界条件下，气体从多孔纤维状材料中逸出，从而获得纤维状材料。此方法的特点是可使纤维状材料在较低温度下即可制备，同时可控制材料的尺寸、形状等。
近年来，随着超临界流体技术的发展，已经成功地应用于气凝胶的制备。如通过超临界流体干燥制备多孔气凝胶、有机硅纤维气凝胶以及各种陶瓷纤维气凝胶等。

由于该方法具有简单、快速、节能和环境友好等优点，且成本低廉，因此受到越来越多的关注和研究。通过对超临界流体技术的介绍，我们可以看出：纤维状气凝胶是该领域的一种重要研究方向，但是其在实际应用中仍然存在一些问题。

静电纺丝技术静电纺丝技术是一种制备纳米纤维和纤维气凝胶的常用方法。该方法可以在三维空间内将聚合物纤维堆积成三维网络，而不会出现明显的宏观缺陷。
静电纺丝是指在外加电场作用下，使溶液或固体表面的电荷发生定向移动，从而形成中空纤维的过程。静电纺丝技术具有低成本、高效等优点，被广泛应用于纺织、医药、生物工程等领域。该方法主要包括溶液共混法、溶剂蒸发法、连续静电纺丝技术和熔融纺丝法。

与传统的溶液共混法相比，静电纺丝法制备的纤维具有更高的孔隙率和更好的机械强度。同时，静电纺丝技术能够制备出尺寸较大、质量较高的纳米纤维，因此，静电纺丝技术在制备纳米纤维气凝胶方面也具有巨大的应用前景。
芳纶纤维材料具有优异的力学性能、电学性能和化学稳定性，是一种很有前途的纤维材料，但由于芳纶纤维具有较高的密度和较低的强度，使其在应用上受到了一定程度的限制。
气凝胶作为一种新型材料，可在一定程度上弥补芳纶纤维材料存在的缺陷，提高芳纶纤维材料的性能。因此，将气凝胶与芳纶纤维结合形成复合气凝胶也成为研究热点。

以无机物为主要成分的纳米复合材料是将多种功能成分复合在一起，使其发挥各自的优势，从而获得更好的性能。
例如，将无机纳米粒子与聚合物复合可以形成具有良好机械性能和良好电子特性的复合材料；将无机纳米粒子与碳材料复合可以制备出具有高密度、高强度和良好稳定性的复合气凝胶；
将有机小分子与聚合物复合可以形成具有较好电子特性和高比表面积的复合材料。与单一纤维相比，复合气凝胶材料在航空航天、能源等领域具有更好的应用前景。

结语芳纶纤维气凝胶是一种具有多孔网络结构的新型材料，在保温隔热、吸附分离、催化载体等领域具有重要的应用前景。

近年来，研究者通过多种方法对芳纶纤维气凝胶进行了制备和应用研究。对于纤维状气凝胶的研究，应考虑到原料来源及成本问题，目前以芳纶纤维为原料的纤维气凝胶主要是通过超临界干燥技术制备而成。
然而，超临界干燥技术仍然存在着能耗大、水和溶剂浪费大等问题，因此，开发更节能环保的超临界干燥方法是当前需要解决的关键问题。
此外，气凝胶在高温条件下易发生相变，如何提高其在高温环境下的稳定性也是研究的重点。因此，如何实现气凝胶在高温条件下的长期稳定性能仍是未来需要进一步研究的问题。

最后，针对气凝胶在应用中存在的问题，如气凝胶使用时容易出现表面磨损等问题，还需要进一步改进制备方法和提高其使用性能。

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