摘要：近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王锦研究员团队基于纳米线畴空间结构策略提出了一种高透明芳纶纤维凝胶薄膜用于节能窗的被动采暖。这项研究为合成透明芳纶气凝胶提供了一种新策略，也为下一代节能环保型建筑的被动采暖节能窗的开发提供了一种新方法。相关成果以“H

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王锦研究员团队基于纳米线畴空间结构策略提出了一种高透明芳纶纤维凝胶薄膜用于节能窗的被动采暖。这项研究为合成透明芳纶气凝胶提供了一种新策略，也为下一代节能环保型建筑的被动采暖节能窗的开发提供了一种新方法。相关成果以“Highly Strong and Tough Transparent Aramid Nanofiber Aerogel Films for Passive Heating Energy-efficient Windows”为题发表在Advanced Functional Materials上。本文共同第一作者为煤炭科学研究总院吴兵博士和苏州纳米所联合培养博士生胡沛英，通讯作者为苏州纳米所王锦研究员和葛斯佳博士后。

1. 研究内容

由于全球人口增长和快速城市化，建筑能耗仍在快速增长。然而，由于窗户对可见光范围内的透明度有严格要求，要利用玻璃最大限度地减少室内外的能量交换非常困难。目前解决这一难题的办法是使用含有空气或填充气体的中空玻璃单元，但这种高隔热玻璃会增加玻璃板之间的厚度。透明气凝胶是一种超级隔热材料，性能优于空气和其他气体填料，被认为是玻璃隔热的理想材料之一。目前，透明气凝胶主要有二氧化硅气凝胶、纤维素气凝胶和聚酰亚胺气凝胶。然而，由于线性结构堆叠芳纶纤维难以实现高透明性。为了制备透明芳纶气凝胶，本研究首次采用纳米线畴空间结构策略制备了一种具有高透明性、高强度、可承受极端热特性的改性芳纶纤维气凝胶，并用于节能窗户的热管理。所得改性气凝胶的纤维呈纤维状，具有均匀的空间孔隙，允许光线穿过凝胶并显示出透明度，交织的分子链和大量的分子间氢键大大提高了气凝胶的机械性能，并具有良好的阻燃性和着火自熄性能。将 PTPA 气凝胶的典型性能与其他透明气凝胶进行比较，PTPA 气凝胶在机械强度、透明度和抗极端环境性能方面都表现出了卓越的综合性能。冬季被动采暖节能窗和碳减排计算结果表明，即使在中国最寒冷的省份黑龙江，利用PTPA气凝胶进行被动采暖也可减少大量二氧化碳排的放量。

2. 本文创新点

（1）采用纳米线畴空间结构策略（即采用具有空间构型的单体取代原有的线性空间单体），实现纳米纤维尺寸和空间构型的改变。

（2）所制备的芳纶气凝胶具有高透明性、高强度和可承受极端环境的综合性能。

（3）透明芳纶气凝胶在红外区具有高度透明性，可实现高效的被动取暖。

3. 图文解析

图 1.（A）PTPA 透明气凝胶的结构示意图及其用于冬季被动供暖的节能窗口。(B) PTPA-2 纳米纤维结构；(C)和(D) PTPA-2 气凝胶（5 cm×5 cm）放在植物上并弯曲的照片。

图 2.（A）PTPA（300 μm）的透射率曲线；（B）PTPA（300 μm）在 780 纳米波长处的透射率；（C）PTPA-2（300 μm）覆盖热目标的红外z像；（D）PTPA（300 μm）的照片；（E）PPD-2 中的纤维结构堆叠方法；PTPA-0（F）和 PTPA-2 （G）的扫描电镜图像。

图 3. (A) 夏季节能窗室外被动采暖试验；(B) 夏季被动采暖试验装置照片；(C) 冬季节能窗室外被动采暖试验；(D) 冬季被动采暖试验房屋示意图；(E) 透明二氧化硅气凝胶、透明纤维素气凝胶、透明聚酰亚胺气凝胶和本研究的典型性能（耐高温性、青年模量、导热系数、拉伸断裂长度和透明度）比较。(F) 中国各省太阳能效率计算热分析图。

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来源：林少涵说科学