DOI: 10.1016/j.jcis.2021.03.013

静电纺丝技术制备的超细纤维多孔材料在降噪领域具有广阔的应用前景。然而，二维纤维膜的低厚度和致密结构使其内部结构单一，吸声带窄。在此，研究者报告了一种简单且强大的策略，通过结合湿度辅助多步静电纺丝技术和独特的物理/化学双重交联方法来制备具有超弹性和可拉伸性的梯度结构纤维海绵。所制备的梯度结构纤维海绵的最大抗拉强度为169kPa，可以举起重量是其10,000倍的重物而不会破裂。此外，该材料在60％应变下经过500次压缩循环后仍能保持稳定的结构。同时，该材料具有轻质特性（密度为13.8 mg cm-3）和疏水性（水接触角为152°）。更重要的是，孔隙率和孔径在Z方向上的梯度变化赋予了纤维海绵材料对宽带声波的高效吸收能力（降噪系数高达0.53）。这种梯度结构纤维海绵的设计为开发理想的吸声材料创造了一条新的途径。

图1.GSFSs的制备。（a）GSFSs的制备示意图。（b）TTMA在交联过程中的化学反应。（c）GSFSs的光学和SEM图像显示出宏观连续性和微观结构。（d）GSFSs的疏水性。（e）显示GSFS超轻特性的照片。（f）GSFSs的高放大倍率光学图像。（g）GSFSs的吸声图。

图2.GSFSs的结构表征。（a-c）GSFSs中每一层的SEM图像。（d）单根PSU超细纤维的SEM图像，以及相应的O、N和S元素映射图。（e）PSU、PVDF和PSU/TTMA的DSC曲线。（f）相关材料的FTIR分析。（g）GSFSs的纤维直径分布和（h）孔径分布。（i）GSFSs密度和孔隙率的变化。（j）GSFSs的N2吸附等温线。（k）PSU/DMF/H2O和PVDF/DMF/H2O系统的线性浊点图。（l）三元相图中分别为PSU/DMF/H2O和PVDF/DMF/H2O系统的浊点曲线。

图3.GSFSs的力学性能。（a）在加载-卸载循环过程中，随着应变幅度的增加，压缩应力与应变的关系曲线。（b）循环压缩下GSFSs的应力-应变曲线。（c）循环压缩过程中GSFSs的最大应力、杨氏模量和能量损耗系数的变化。（d）图像表明GSFSs可以从较大的压缩力中恢复。（e）GSFSs压缩原理示意图。（f）GSFSs的光学照片显示出优异的抗拉伸性能。（g）GSFSs的拉伸应力-应变曲线。（h）GSFSs拉伸过程的示意图。

图4.吸音性能。（a）GSFSs和每一层的吸声系数。（b）各种厚度的GSFSs的吸声性能。（c）GSFSs的正向和反向吸声系数的比较。（d-e）声波在不同介质中传播的示意图。（f）比较GSFSs和不同吸声材料的降噪系数。