DOI: 10.1002/smll.202302835

极低的温度给公共安全和全球经济带来了巨大的负担，因此需要高性能的保暖材料来抵御恶劣的环境。然而，目前大多数纤维保温材料都受到纤维直径大和堆叠结构简单的限制，导致重量大、机械性能差和隔热性能有限。本文报道了一种通过直接静电纺丝获得的超轻且机械坚固的聚苯乙烯/聚氨酯纤维气凝胶，用于保温。通过操纵电荷密度和带电射流的相分离，可直接组装由交织、卷曲褶皱微/纳米纤维组成的纤维气凝胶。所得的卷曲褶皱微/纳米纤维气凝胶具有6.8mg/cm3的低密度，并且从1500次循环变形中几乎完全恢复，同时表现出超轻特性和超弹性特性。该气凝胶还显示出24.5mW/m/K的低热导率，使合成优于羽绒的保暖材料成为可能。这项工作有助于开发用于环境、生物和能源领域的多功能3D微/纳米纤维材料。

图1.a）通过静电纺丝直接组装卷曲褶皱微/纳米纤维气凝胶的示意图。b）光学图像显示一块气凝胶立在杜鹃花叶子的顶端。c-e）卷曲褶皱微/纳米纤维气凝胶在不同放大倍数下的微观结构。f）显示气凝胶超弹性特性的照片。g）填充了商业羽绒和气凝胶的保暖衣的红外图像。h）大尺寸气凝胶的光学照片。

图2.a）在定制RH下模拟带电射流。左侧，低RH；右侧，高RH。b）不同RH下带电流体的电荷密度（e/m）。c-f）分别在45%、60%、75%和90%的相对湿度下制备的电纺纤维的SEM图像；插图为纤维组件的光学照片。g）不同RH下制备的电纺纤维的卷曲百分比。h）不同RH下制备的纤维组件的体积密度和孔隙率，以及i）最大拉伸应力和应变。

图3.a-d）在不同丙酮浓度（分别为0、10、20和30wt%）下获得的卷曲纤维的SEM图像。e）三元相图中分别为PS/DMAc/H2O体系和PS/DMAc/丙酮/H2O体系的浊点曲线。f）显示褶皱表面形成机制的示意图。g）由含不同浓度丙酮的溶液获得的纤维的Ra。h）由含不同浓度丙酮的溶液制备的纤维组件的压降和i）WCA。

图4.a）应变从20%增加至80%时气凝胶的拉伸应力-应变曲线。b）气凝胶的1500次循环加载-卸载拉伸试验。c）在不同最大应变下气凝胶的压缩应力-应变曲线。d）在60%应变下进行1500次循环压缩实验。e）微/纳米纤维气凝胶在压缩和释放下的原位SEM观察。显示气凝胶f）拉伸过程和g）压缩过程的示意图。h）光学图像显示了气凝胶在极低温条件下的回弹性。

图5.a）显示气凝胶传热行为的示意图。b）不同保温材料的导热系数和c）表面温度。d）气凝胶分别在不同相对湿度下（顶部）和1500次压缩循环后（底部）的热导率。e）气凝胶在各种压缩条件下的热阻和热阻保持率。f）在冰上覆盖20分钟后的气凝胶的红外图像。g）暖体假人实验的光学照片。h）羽绒和气凝胶的耐热性和水蒸汽不渗透性能。