【海川化工科技前沿】中科院理化所在生物质气凝胶领域取得系列进展

海川老鱼 · 发表于 2025-9-23 20:49:49

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理化所在生物质气凝胶领域取得系列进展

凝胶是一种由胶体颗粒或高分子链聚集形成的、具有丰富的纳米级孔隙的三维多孔材料，具有高比表面和高孔隙率的优点。自其诞生起，就成为学术界和工业界的“明星材料”。最近十年，伴随着可持续发展观念普及，生物聚合物气凝胶因其具有高密度的特定基团以及高生物相容性成为材料科学的研究热点。在众多生物质聚合物材料中，壳聚糖是自然界仅次于纤维素的第二大丰富的聚合物，更重要的是其分子结构中含有大量的氨基，使其具有一些独特的性质：较好的水溶性，氨基在水性酸溶剂中可以被质子化为NH3+，促使其发生溶解，这使得通过自下而上的分子方法设计构建微纳米结构的各种途径成为可能；氨基具有高的化学反应活性和生物医用功能；氨基可以作为N掺杂碳材料的氮源。得益于上述特性，理化所油气开发及节能环保新材料研发中心微珠课题组近几年围绕壳聚糖气凝胶开展了其在隔热保温、电磁波吸收、海水淡化、气体吸附等领域的研究工作。

在隔热保温领域，课题组通过单向冷冻铸造和硅烷化改性制备了一种轻质、大尺寸、有弹性、具有优异热管理能力的各向异性壳聚糖气凝胶。使用理论计算分析了微观结构对力学和热性能的影响，以及各向异性传热行为。各向异性壳聚糖气凝胶呈现蜂窝状多孔和层状结构，从而具有先进的热管理能力，其径向热导率较低（30.4 mW m-1 K-1）而轴向热导率高出两倍（60.1 mW m-1 K-1）。计算结果表明，各向异性壳聚糖气凝胶的热管理能力优于各向同性材料（热导率分别为10和22 mW m-1 K-1）。这为进一步设计用于超隔热应用的生物聚合物气凝胶提供了参考。（ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2021, 9, 28, 9348-9357）

海川老鱼 · 发表于 2025-9-23 20:50:09