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成果展示

木材的定向孔隙結構使其具有多種優異的性能，其中較低的導熱系數吸引了研究人員開發類似木材氣凝膠作為優良的保溫材料。然而，嚴格的環保要求對氣凝膠的可持續性提出了新的嚴格要求。基于此，中國科學技術大學俞書宏院士和管慶方副教授（共同通訊作者）等人報道了一種自下而上的策略，利用天然生物質和礦物中現有的納米結構，制備出一種具有優良隔熱和耐火性能的純天然木材氣凝膠。通過暴露存在于微尺度生物質顆粒中的納米級纖維素，顯著增強了這些顆粒之間的相互作用，使得有可能將它們構建成類似木材氣凝膠。木質結構極大降低了氣凝膠的熱導率，使其具有17.4 mW m^-1?K^-1的超低自由基熱導率。

同時，由于加入了天然粘土納米片，氣凝膠的耐火性能也有了很大的提高，可以承受1300 ℃高溫的火焰至少20 min而不被燒透。它的隔熱和防火性能優于天然巴爾沙木和大多數商業海綿，使其成為現有商業隔熱材料的理想替代品。此外，它的天然木質構件使這種氣凝膠具有良好的生物降解性和可持續性，減少了廢棄隔熱材料對環境的負面影響。

背景介紹

木材作為一種用途廣泛的材料且資源豐富，由于其具有低密度、低導熱等優異性能，已被廣泛使用了數千年。盡管天然木材有許多明顯的優點，但其存在易燃性、尺寸有限等問題，嚴重限制了它的應用。直徑數十微米的木質線型通道結構，使其具有獨特的各向異性力學和熱性能，在隔音、凈水、隔熱等方面具有良好的應用前景。近年來，各種具有獨特物理性能和廣泛應用的類木材料被開發出來，其中具有優良保溫性能的氣凝膠是最重要的研究課題之一。

基于塑料和樹脂的木質氣凝膠在保溫性能上已優于商用海綿材料，但它們受到生物降解性差的嚴重限制，可能導致廢物的積累和大量的環境問題。此外，基于納米級積木的類似木材氣凝膠也受到其可持續性不足和成本高的限制。因此，面對不可持續性的問題，開發低成本、低能耗、環保的新型砌塊將對類似木材氣凝膠的發展起到至關重要的作用。通過從實際木塊中去除木質素，還可以獲得具有木材狀排列結構的多孔材料，顯示了一種將天然原材料加工成隔熱材料的自上而下的策略。

圖文速遞

圖1.純天然木材氣凝膠的制備和應用

圖2. SNWPs的表征

圖3.純天然木質氣凝膠的木質通道結構表征

圖4.純天然木材氣凝膠的導熱系數

圖5.純天然木材氣凝膠的優異阻燃性

小結

總之，作者報道了一種表面改性策略，以激活生物質顆粒的表面，并通過自下而上的構建方法，使用天然原料生產純天然木材氣凝膠。制備的純天然木材氣凝膠不僅具有比大多數商用海綿材料和天然輕木更好的隔熱性能和阻燃性，而且這種氣凝膠完全可生物降解，使用后不會對環境造成損害，并使其成為大多數商用隔熱材料的理想替代品。這種具有優異隔熱和防火性能的環保氣凝膠減少了碳排放，這一直是科學界和材料實際應用的關注點。

文獻信息

An all-natural wood-inspired aerogel.?Angew. Chem. Int. Ed.,?2022, DOI: 10.1002/anie.202211099.

https://doi.org/10.1002/anie.202211099.

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