苏州纳米所研制出超弹纳米纤维气凝胶热开关，实现热量可控释放。

在高温下的应用至关重要，SEM中发现交联后的纤维形成了弯弓型结构，这有助于力学性能的提升，最后给出了交联结构形成的可能原因（图3）。由于纳米纤维之间的交联产生的大量弓型结构使得HEKA表现出优异的压缩回弹性，500次压缩后永久形变仅为8.2%，此外在超低温（-196 ℃）下依旧保持着良好的回弹性。

图3. (a)KA-E和HEKA的C 1s区XPS谱;(b) KA的FT-IR光谱KA-E HEKA;(c) KA、KA- e和HEKA的TGA和DTA曲线;扫描电镜图像(d1)-(d2) KA-E, (d3)-(d4) HEKA;KA-E；(e) (f)纳米纤维的直径分布;(g) 提出HEKA网络结构

进一步验证了HEKA的隔热保温能力，HEKA上的花瓣在350℃的加热台上15min后仅发生轻微的脱水和萎焉，而在其他耐高温材料上则迅速枯萎碳化。与普通的高分子保温泡沫材料相比，其具有更优的隔热性能和更高的耐温性能，不仅如此，在超低温下的保温能力也优于棉，PU气凝胶等传统保温材料，这体现出HEKA良好的保温隔热能力（图4）。

图4 保温隔热能力

由于HEKA的超弹性带来的可变热导率，因此我们提出了气凝胶热开关的概念并通过COMSOL理论模拟和实际实验验证了其开关性能。在压缩过程中HEKA的热导率随着压缩程度增大而增大，此外热传导的距离急剧减低，因此我们模拟了HEKA压缩过程的温度变化，并给出了温度分布，最后基于模拟环境我们通过实验验证了所提出的HEKA热开关，并进一步通过实验验证了该开关比为7.5，响应速度快(0.73℃ s^-1)，热流密度高(2044 J m^-2 s^-1)，并具有优异的耐疲劳性能，与当前传统材料相比，其具有轻质且开关比可调的优点。

图5 (a)气凝胶热开关示意图; (b) HEKA-2不同压缩程度下的热导率;(c) HEKA-2表面模拟结果各种压应变下的温度;(d) HEKA-2温度轮廓图像模拟结果;(e)温度响应性;(f) HEKA-2在各种压缩压力的时间温度曲线图; (g) 开/关比—密度比较;(h)热开关的循环使用能力

本研究开发的方法为实现多孔气凝胶的超弹性提供了一条途径，并为热量的保持和耗散提供了一种快速、便捷的策略，此外该工作对气凝胶在智能传感，可控热防护的应用提供了新思路。相关工作以“Hyperelastic Kevlar Nanofiber Aerogels as Robust Thermal Switches for Smart Thermal Management”为题发表在《Advanced Materials》上。论文第一作者为东南大学与苏州纳米所联合培养博士生胡沛英，通讯作者为苏州纳米所轻量化实验室王锦项目研究员和东南大学材料科学与工程学院孙正明教授、张培根副教授。该论文获得了国家自然科学基金重大研究计划培育项目和苏州市科技局基础研究试点项目资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202207638