近日，材料學院植源生物質(zhì)熱處理團隊在高強抗熱木基凍凝膠復合材料研究中提出了全新策略，研究成果以“Bone-inspired lightweight, high-strength, and highly compressed wood cryogel composites with heat-activated char layer for electrothermal protection”為題發(fā)表于中科院一區(qū)TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（IF：13.3）。
近年來，對電熱防護的需求日益增長，特別是在可再生能源系統(tǒng)、電子設(shè)備和先進材料應(yīng)用領(lǐng)域。這些應(yīng)用要求材料不僅能承受極端的熱應(yīng)力和電應(yīng)力，還能在較長時間內(nèi)保持其結(jié)構(gòu)完整性和性能。如何能夠利用天然木材的獨特性質(zhì)（可再生性、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、介孔框架等），同時解決其在防火和熱管理方面的局限性。針對以上問題，材料學院植源生物質(zhì)熱處理科研團隊受骨骼啟發(fā)，通過將脫木素木材模板與聚乙烯醇（PVA）和羧基化多壁碳納米管（c-MWCNTs）相結(jié)合，開發(fā)出一種輕質(zhì)且導電的材料。通過引入致密化木材、熱激活炭化層和導電填料，顯著提高木基凍凝膠的熱性能和機械性能，從而增強其耐火性和電熱穩(wěn)定性。試驗結(jié)果表明，該材料在燃燒過程中結(jié)構(gòu)完整性的保持時間增加了275%，具體表現(xiàn)為峰值熱釋放速率降低了81.8%，單位質(zhì)量損失率降低了80.4%，總煙霧生成量減少了68.2%，總熱釋放量減少了22.0%，二氧化碳排放量減少了65.2%。此外，該復合材料在機械應(yīng)力作用下仍能保持穩(wěn)定電壓和高導電性。這種仿生方法為傳統(tǒng)木基材料增值為能夠承受極端熱環(huán)境的先進材料提供了一條有前景的方案，在電熱防護領(lǐng)域有一定的應(yīng)用潛力。
上述研究成果第一作者為材料學院博士研究生張?zhí)旆牛ㄓ嵶髡邽橐了闪纸淌诤秃握蠼淌冢本┝謽I(yè)大學為第一完成單位。
本研究得到國家重點研發(fā)計劃項目（2023YFD2201402）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金（BLX202235）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金（BFUKF202315）和國家留學基金委項目（202306510067）的資金支持。
