硅凝胶的性能（ACSNano不惧水火超强可耐受1200）

硅凝胶的性能（ACSNano不惧水火超强可耐受1200）论文信息总之，基于仿生乙二醇稳定的木质素/硅氧烷胶体，通过水诱导自组装和原位的不同寻常的策略，合理设计和制造了具有可调多级微/纳米结构和任意可加工性的植物多酚纳米复合气凝胶（LigSi）。矿化。干燥和退火后得到的 LigSi 表现出超高的比压缩模量 (376.32 kN m kg –1 ) 和比压缩强度 (75.79 kN m kg –1 )，这归因于疏水自组装和原位的协同效应矿化导致强粗颈微/纳米结构。此外，气凝胶还具有多种优异性能，包括在 33% 至 94% 的宽 RH 范围内具有出色且耐用的隔热性、出色的耐火性，可耐受 1200°C 的火焰而不分解，超低近红外吸收（~9%），和内在的自清洁/超疏水性能（~158° WCA）。多级纳米多孔结构和固有的超疏水性得益于低且耐湿的热导率。优异的耐火性归功于自形成的双炭/SiO 2障碍。木质素/二氧化硅的多尺度微纳米结构和叠加化学性质的协同作用

生物聚合物/二氧化硅纳米复合气凝胶作为隔热材料对于当前的节能工程非常有吸引力，但通常受到缺乏机械强度和环境稳定性的困扰。木质素是一种吸引人的植物酚类生物聚合物，因为它具有天然丰度、高刚度、防水性和热稳定性。然而，由于不稳定的共溶胶过程，将木质素和二氧化硅整合到高性能 3D 混合气凝胶中仍然是一项重大挑战。在硅藻中，生物分子在非共价相互作用中的介入增强了缩合反应之前的硅酸稳定性。受这种机制的启发，基于乙二醇稳定的木质素/硅氧烷胶体的原位矿化。优化后的 LigSi 具有超高的刚度（比模量约为 376.3 kN m kg -1），并且可以支撑超过自身重量 5000 倍的重量而不会发生明显变形。此外，气凝胶表现出优异性能的组合，包括卓越的耐湿隔热性（保持在 ~0.04 W m –1 K –1在 33-94% 的相对湿度下），具有优异的耐火性，可耐受 ∼1200 °C 的火焰而不分解，低近红外吸收（∼9%）和内在的自清洁/超疏水性能（158° WCA）。这些先进的特性使其成为恶劣环境中各种应用的理想隔热材料。作为概念验证，设计了一种双模 LigSi 热装置，以展示在建筑物中结合被动集热和主动加热的应用前景。

图文简介

LigSi 的仿生设计。(a) 示意图显示了基于仿生乙二醇稳定的杂化溶胶的水诱导自组装和原位矿化的多功能 LigSi 制备策略。(b) LigSi 制备过程的示意图。(c) EHL (70 mg mL –1 ) 和 MTES (340 mg mL –1 ) 的照片) 搅拌 5 min 并静置 2 h 后分散在各种溶剂中。有机溶剂与水的比例为 11:1 (w/w)。(d) MTES 水解产物和木质素模型化合物（GG，愈创木酰甘油-β-愈创木醚）之间的非共价相互作用分析，其中乙二醇显示为粉红色气泡。(e) 溶剂交换前后 EHL/MTES 乙二醇凝胶的光学图像。(f) 通过雷达图对 LigSi 气凝胶和多糖/二氧化硅复合气凝胶的典型性能进行定性比较。

机械性能。(a) 典型 LigSi 材料的压缩应力-应变曲线。(b) LigSi 气凝胶的杨氏模量。(c) 频率为 0.3 至 100 Hz 的动态压缩性能。(d) 机械性能的直观表示。密度为0.19 gm-3的LigSi-3气凝胶支撑65 kg人体的照片，无明显变形。（e，f）颗粒聚集气凝胶的薄颈和厚颈连接结构的有限元模拟，说明了压缩力下的应力分布。(g) 各种气凝胶材料的比最终压缩强度与比杨氏模量的关系。机械性能的详细信息包含在表 S4中. (h) 固定频率为 1 Hz 的动态热机械性能。

图 4. 阻燃性能和自清洁（超疏水）性能。(a) 高温阻燃行为的照片。（b）分别在空气和氮气中测量的 LigSi-3 的 TGA 曲线及其衍生物。（c，d）LigSi-3 和对照样品的 HRR 和 TSR 图。(e f) 炭/SiO 2网络和SiO 2的SEM图像由燃烧的 LigSi-3 产生的网络。(g) FTIR 曲线。(h) 自形成双屏障的阻燃机理示意图。(i) LigSi-3 对不同液体污渍的疏水性照片。(j) LigSi-3表面不同液体的静态接触角。(k) LigSi-3 的激光光学 3D 表面图像和深度剖面。(l) 通过机械切割显示不同表面的固有超疏水性和静态接触角的照片。(m) 对撞击水滴的液体排斥性的照片。(n) 自洁性能照片。

隔热和光学特性。(a) 用于评估样品隔热性能的装置。(b) LigSi-3、NW、PF 和 EPF 在 100 °C 热台上的图片和 IR 图像，以及 (c) 样品的 TST 时间曲线。(d) LigSi-3 的传热过程示意图。(e) LigSi-3 和商业 PF 的热导率作为恒定绝对湿度下温度的函数。(f) LigSi-3 和商业 PF 的热导率在 25°C 时作为 RH 的函数。(g) LigSi-3 和天然松木覆盖太阳辐射光谱的反射率。(h) 显示低光热转换的示意图。(i) SEM 图像显示了 LigSi-3 的多级微观结构。(j) 用于评估样品光热转化的装置。(k) LigSi-3 和由 NIR 光 (1350-1600 nm) 照射的松木的红外图像。比例尺为 1 厘米。(l) k 部分样品的温度曲线。

图 6. 双模热器件。(a) 双模热器件的双层结构。(b) 器件材料横截面的 SEM 图像。(c) 用于检测双模热器件的 ET 和 TI 行为的实验装置示意图。(d) 通电 (5 V) 时热装置的红外图像。比例尺为 8 毫米。(e) 不同施加电压下器件表面的温度分布。(f) 绝对ΔT的变化对于给定的电压，ET 和 TI 表面之间。(g) 用于节能建筑屋顶、外墙板和地板绝缘材料的 LigSi-3 的图示，该材料将被动加热捕获与主动加热相结合。CL，导电层。(h) 5小时连续测量模型节能建筑的空间温度分布。(i) 应用电源 (10 V) 时模型节能建筑的红外图像。

总之，基于仿生乙二醇稳定的木质素/硅氧烷胶体，通过水诱导自组装和原位的不同寻常的策略，合理设计和制造了具有可调多级微/纳米结构和任意可加工性的植物多酚纳米复合气凝胶（LigSi）。矿化。干燥和退火后得到的 LigSi 表现出超高的比压缩模量 (376.32 kN m kg –1 ) 和比压缩强度 (75.79 kN m kg –1 )，这归因于疏水自组装和原位的协同效应矿化导致强粗颈微/纳米结构。此外，气凝胶还具有多种优异性能，包括在 33% 至 94% 的宽 RH 范围内具有出色且耐用的隔热性、出色的耐火性，可耐受 1200°C 的火焰而不分解，超低近红外吸收（~9%），和内在的自清洁/超疏水性能（~158° WCA）。多级纳米多孔结构和固有的超疏水性得益于低且耐湿的热导率。优异的耐火性归功于自形成的双炭/SiO 2障碍。木质素/二氧化硅的多尺度微纳米结构和叠加化学性质的协同作用使该材料具有优异的光学和自清洁性能。这些集成的多功能性确保了纳米复合气凝胶作为一种有前途的生物基隔热材料，可在极端环境中安全可靠地应用。作为概念验证，基于 LigSi 的双模式热装置旨在为寒冷环境中的建筑模型内部产生补充加热。LigSi 的设计和制造为开发其他高性能木质素基纳米复合气凝胶（如木质素/TiO2和木质素/Fe 3O4等）应用于海水蒸发器、催化降解和储能领域。

论文信息

论文题目：Designing supercapacitor electrolyte via ion counting通讯作者：欧荣贤，王庆文通讯单位：华南农业大学生物质工程研究所

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