如何进一步优化静电纺丝制备的新型隔热材料性能？

发布时间：2025.02.28
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静电纺丝技术在制备新型隔热材料方面具有很大的潜力，通过优化制备过程和材料结构，可以进一步提高其性能。以下是一些优化静电纺丝制备的新型隔热材料性能的方法：

优化制备参数：
- 调整聚合物浓度：在静电纺丝过程中，聚合物溶液的浓度对纤维的形态和性能有重要影响。较高的聚合物浓度通常会导致较粗的纤维，但也可能提高纤维的机械强度和稳定性³。例如，在制备聚酰亚胺 / 聚砜酰胺（PI/PSA）多孔微纳米纤维膜时，研究发现当 PI 浓度为 17wt% 时，纤维膜表现出最佳的形态和均匀的纤维直径³。
- 控制纺丝电压：纺丝电压的大小会影响电场强度，从而影响纤维的直径和形态。适当提高纺丝电压可以使纤维更细，从而增加材料的比表面积，提高隔热性能^{1 2}。例如，在制备镧锆酸盐（LZO）纳米纤维膜时，研究了不同的纺丝电压对纤维膜微观结构的影响，最终在优化的电压下制备出了具有良好形态和低导热系数的 LZO 纳米纤维膜¹。
- 调节进料速度：进料速度决定了聚合物溶液在喷嘴处的供应量。合适的进料速度可以确保纤维的均匀性和连续性。过快或过慢的进料速度都可能导致纤维形态不良或断裂¹。
- 优化接收距离：接收距离是指喷嘴与接收装置之间的距离。接收距离的变化会影响电场的分布和纤维的拉伸程度。适当调整接收距离可以获得具有理想形态和性能的纤维¹。
引入功能性添加剂：
- 助纺剂：助纺剂可以改善聚合物溶液的可纺性和纤维的形态。例如，在制备锆酸镧纤维时，引入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为助纺剂，成功制备出了连续性较好的多孔锆酸镧纤维²。
- 分相剂：分相剂可以在纤维中形成特定的结构，提高材料的隔热性能。如在制备多孔锆酸镧纤维时，引入液体石蜡为分相剂，赋予了多孔锆酸镧纤维良好的隔热性能²。
复合多种材料：
- 多相复合：将不同的材料进行复合可以结合各自的优点，提高隔热材料的性能。例如，将陶瓷纤维与其他材料复合，如与气凝胶复合，可以有效降低热辐射和热对流，提高隔热效果22。未来的研究方向可以是探索更多的多相复合技术，进一步优化陶瓷纤维的隔热性能。
- 核壳结构：采用同轴静电纺丝技术制备核壳结构的纤维膜，可以实现不同功能材料的组合。例如，制备聚（乙烯氧化物）（PEO）被生物基聚（L - 乳酸）（PLLA）包裹的同轴纤维膜，具有优异的热管理能力和热稳定性⁶。
后处理工艺：
- 煅烧处理：对静电纺丝制备的纤维进行煅烧处理可以去除有机物，提高材料的稳定性和耐高温性能。同时，煅烧还可以改变材料的微观结构，进一步优化隔热性能。例如，在制备 LZO 纳米纤维膜和多孔锆酸镧纤维时，都经过了煅烧处理，获得了具有良好形态和低导热系数的纤维材料^{1 2}。
- 插入中空玻璃微球：在电纺片的层间间隔之间插入中空玻璃微球（HGM）可以增加层间间距，降低导热率。与没有颗粒的样品相比，导热率可降低约 20%⁵。
优化纤维结构：
- 制备纳米纤维：纳米纤维具有较大的比表面积和较小的直径，能够有效降低热传导。静电纺丝技术可以制备出直径在纳米尺度的纤维，如制备的 LZO 纳米纤维膜，其在室温下具有非常低的热导率¹。
- 构建多孔结构：多孔结构可以增加材料中的气孔，降低热传导和热对流。例如，制备的多孔锆酸镧纤维具有纳米尺度的气孔，有望赋予其良好的隔热性能²。同时，优化气孔的大小、分布和连通性，可以进一步提高隔热性能。

图源网络

综上所述，通过优化制备参数、引入功能性添加剂、复合多种材料、采用后处理工艺和优化纤维结构等方法，可以进一步提高静电纺丝制备的新型隔热材料的性能。这些方法为开发高性能的隔热材料提供了重要的思路和途径。

参考文献

1 Low thermal conductivity lanthanum zirconate nanofibrous membranes for thermal insulation|Hengchang Wang

2 微乳液静电纺丝法制备多孔锆酸镧纤维|崔帅

3 Controlled preparation of polyimide/polysulfone amide (PI/PSA) porous micro-nano fiber membranes by microemulsion electrospinning for excellent thermal insulation|Yina Zhuge

4 静电纺陶瓷纳米纤维高温隔热材料的研究进展|仇小晗

5 电纺纳米纤维复合材料，具有微/纳米粒子，用于隔热|Lee Dasom

6 Biobased Phase Change Material with Reduced Thermal Conductivity: From Preparation to Analysis of Thermal Insulation Performance|Yanping Liu

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优化制备参数：

引入功能性添加剂：

复合多种材料：

后处理工艺：

优化纤维结构：

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