微观纤维材料：为隔热设定新标准的技术创新

来自 实验室仪器网

在微观和纳米尺度上设计的纤维材料正在为隔热设定新的基准。它们将低导热性与柔韧性、强度和主动温度控制相结合。

近期，研究人员探讨了从传统的散装绝缘材料到由微纤维和纳米纤维制成的先进多孔结构的日益转变。随着全球对节能、轻质绝缘材料的需求不断增加，特别是在极端环境中，该研究强调了纤维材料如何带来独特的优势：高孔隙率、可调结构和复杂的分层结构。

这些功能可以精确控制热传递，使其对个人防护设备、航空航天、汽车设计和可持续建筑极具吸引力。该综述说明了基于纤维的系统如何提高绝缘性能，并实现多功能性、灵活性和材料适应性，这是下一代热管理的核心优先事项。

从历史上看，棉、羊毛和丝绸等天然纤维一直被用于隔热，但保湿性、较大的纤维直径和低热效率会限制其性能。相比之下，微米和纳米尺度的工程合成纤维由于更小的直径、疏水表面和可控的孔隙率而提供更好的绝缘性能。

该研究概述了为利用这些特性而开发的几种制造策略。其中包括静电纺丝、溶液吹瓶纺丝、冷冻干燥、逐层堆叠以及冰晶形成等模板方法。每种技术都提供了一种微调纤维排列、孔隙结构和形态的方法，这些都是增强隔热性的关键因素。

静电纺丝是一种可扩展的技术，用于生产具有高表面积和孔隙率的超细纤维，可以形成具有定制结构的 2D膜、3D海绵和气凝胶。

本文以这种方法为重点，涵盖了一系列类型，包括直接静电纺丝，例如，它可以创建分层海绵，有效捕获空气并提供主动温度控制的机会，特别是当与碳纳米管或银纳米线等导电材料集成时。

溶液吹塑纺丝可以提供更快的生产速度，制造出具有高孔隙率和结构复杂性的纤维海绵。冷冻干燥通常与冰晶形成等模板方法相结合，可生产轻质、坚固的气凝胶。逐层堆叠可以形成承受压缩并在压力下保持绝缘的层状结构。

表面改性进一步扩展了绝缘材料的功能。疏水涂层和导电元素掺杂使这些材料在暴露于电或光时能够防潮或产生热量。

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