ANF气凝胶的性能表征及其制备与应用

1.1  芳纶纳米纤维分散液挤出

对于低浓度芳纶纳米纤维分散液,可采用普通湿法纺丝工艺，利用注射器、微量注射泵、螺杆挤出机等将一定浓度芳纶纳米纤维分散液挤出到凝固浴中。为避免芳纶纳米纤维分散液细流堆叠粘连失去纤维形貌，可通过定速转盘旋转带动凝固浴盘以一定的速度转动，或通过收集辊转动牵伸。

目前,普通湿法纺或液晶纺均属于低速纺丝技术，生产效率低。如何调控芳纶纳米纤维分散液可纺性，以适应高速纺丝技术，是提升芳纶气凝胶纤维生产效率的关键。

1.2  动态溶胶—凝胶转变

将经过动态溶胶—凝胶转变获得的凝胶纤维制备成气凝胶纤维，可采用超临界干燥法和冷冻干燥法两种方法。

• 超临界干燥法是将芳纶水凝胶纤维置换为醇凝胶纤维或者丙酮凝胶纤维，采用超临界干燥设备将凝胶纤维内部乙醇或丙酮置换为超临界二氧化碳（CO2），降压降温后CO，逸出，即得到芳纶气凝胶纤维。此干燥方法可最大限度地保留凝胶骨架结构。然而，超临界干燥涉及到昂贵、复杂设备，高压操作，能耗高。

• 冷冻干燥法是将芳纶凝胶纤维直接低温冷冻，再转移至冷冻干燥机内抽真空干燥。当采用冷冻干燥法制备芳纶气凝胶纤维时，调整溶剂置换浴的组分与比例，可调控所得气凝胶纤维的微观结构。

3D打印芳纶气凝胶具有可设计的力学性能，芳纶气凝胶继承芳纶优异的力学性能,3D打印又赋予其任意形状,通过简单结构设计即可实现力学性能的定制,如抗剪切、抗冲击、抗压痕等。

3D打印芳纶气凝胶具有形状可设计性,可实现三维复杂结构一体化成型，为特殊形状物体隔热保温提供了发展空间。例如，无人机锂聚合物软包电池具有不规则外形。得益于芳纶气凝胶良好的隔热性能和耐极端高低温性能，在极低温环境下，由该3D 打印保温套件保护的电池仍可以正常工作。