成果简介
基于可再生资源的气凝胶由于对可持续多功能材料进行热管理的需求而引起了众多关注。本文，大连理工大学宾月珍 教授课题组在《MATER TODAY COMMUN》期刊发表名为“Cellulose/Nanocarbon Composite based Multifunctional Aerogels for Thermal Management”的论文，研究以羧化纤维素纳米纤维素（CCNF）与碳纳米管（CNT）、氧化石墨烯（GO）或碳纤维（CF）为原料，采用定向冷冻法制备了一系列纤维素和纳米碳复合气凝胶。由于水平和垂直温度梯度诱导的桥结构，双向冷冻产生的CCNF/纳米碳气凝胶表现出更高的压缩强度。同时，双向冷冻制备的CCNF/碳气凝胶的热导系数（λ）也低至0.0308 W/（m·K），煅烧后达到0.0388 W/（m·K）。
CCNF基体中分散的线状碳材料CF和CNT导致CCNF/纳米碳气凝胶具有热电、焦耳热和光热性能，煅烧也促进了热电性能。CCNF/纳米碳气凝胶的塞贝克系数范围为0.027-0.067 mV/K，由于高温处理后形成的碳网络更均匀，塞贝克系数变为 0.037 至 0.044 mV/K。5 至 15 V 的输入电压可使煅烧后的复合气凝胶温度升高 62 至 303 oC。功率为 0.3 W 的激光可使经过煅烧和未经煅烧的复合气凝胶在几秒钟内迅速升温至 200 oC。这些 CCNF/纳米碳基复合气凝胶具有热管理能力，包括隔热、热电、电加热和光诱导加热，是多功能气凝胶的良好候选材料。
图文导读
图1.单向和双向冻结示意图。
图2.（A-I）CCNF/碳纳米材料气凝胶和CCNF/碳纳米材料气凝胶的（m和n）煅烧气凝胶的数字图像。
图3.CCNF/碳纳米材料气凝胶的SEM图像。
图4.CCNF/碳纳米材料气凝胶的压缩应力曲线.
图5.碳气凝胶在100 °C、150 °C和200 °C下的ΔT稳定性。
图6.（a-c） C15T2-B、（d-f） C15T2-B-Cal 气凝胶在 5 V、10 V 和 15 V 电压下以及 （g-i） C15F2-B-Cal 在 5 V、10 V 和 15 V 电压下的热红外图像。
小结
本工作报道了一系列使用CNT、CF和GO定向冷冻制备的CCNF/纳米碳复合气凝胶。由于桥式结构，CCNF/纳米碳复合气凝胶在相同应变下表现出更高的压缩强度。双向冷冻复合气凝胶的λ低于单向冷冻的复合气凝胶。CCNF/CNT和CCNF/CF气凝胶由于煅烧后形成的碳网络，λ在0.0308~0.0434 W/（m·K）范围内增加到0.0368~0.0450 W/（m·K）。煅烧前后的CCNF/纳米碳复合气凝胶表现出热电性能，CCNF/CNT气凝胶的塞贝克系数范围为0.027 ~ 0.049 mV/K，CCNF/CF气凝胶的塞贝克系数范围为0.047 ~ 0.067 mV/K，其变化值接近0.040 mV/K。基于这项工作，不同碳纳米材料对复合气凝胶物理性质的影响不是很深，这可能归因于复合基体重量分数小的气凝胶的多孔结构。CCNF/CNT和CCNF/CF气凝胶也表现出焦耳热和光热转换性能，并通过煅烧增强了这些性能。总体而言，不同碳种的CCNF/纳米碳气凝胶作为多功能气凝胶表现出热电、焦耳热和光热性能。
文献：https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.107701
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