背景：
近年來，具有個人熱管理功能的智慧型溫控紡織品備受關注，這種紡織品可在各種環境溫度下為穿著者提供先進的熱舒適性，從而最大限度地減少能源消耗。 特別是在一些場合，如航空航天和火災場景，需要輕質、超薄的面料來保證穿著者的生產力和安全性。 新興氣凝膠纖維 新興氣凝膠纖維繼承了氣凝膠的三維（3D）多孔結構和纖維的柔韌性，具有重量輕、孔隙率高、多功能整合等特點，在智慧型溫控紡織品領域展現出巨大潛力。 高度多孔的結構賦予氣凝膠纖維低導熱係數（23-50 mW m-1 k-1），從而大大抑制了熱量損失。 此外，其獨特的微觀結構還可以為相變材料等智慧型材料的整合提供有利條件。 因此，氣凝膠纖維及其復合織物在個人熱管理方面顯示出巨大的潛力。
研究成果
在這裡，東華大學的研究團隊報告了一種快速、可擴充套件、交聯的聚醯亞胺（CPI）氣凝膠纖維製造策略，用於濕法紡絲和通過紫外線增強的動態凝膠策略進行具有成本效益的大氣壓力乾燥。 設計合成了一種基於光敏聚醯亞胺（PPI）和三氟甲基的紡絲液。 紫外光增強動態凝膠化可在紫外光照射下誘導PPI紡絲液在10 s內快速交聯，實現溶膠-凝膠快速轉變，從而形成強交聯凝膠主鏈，可有效防止CPI氣凝膠纖維在常壓乾燥過程中的結構塌陷。 使用他們的方法，可以在7小時內快速連續地製備長達數百公尺的高強度氣凝膠纖維，這比先前報道的方法（通常需要49-94小時）快得多。 超細氣凝膠纖維的厚度為07公釐，大約是羽絨的1 8，具有與羽絨幾乎相同的隔熱性能。 此外，在概念驗證研究中，CPI氣凝膠織物可以與形狀記憶材料相結合，製成用於個人熱管理的智慧型熱適應織物。 他們的研究為氣凝膠纖維和紡織品的開發提供了一種可擴充套件的生產方法，以滿足先進的應用場景。 相關研究成果以“Fast and Scalable Production of Crosslinked Polyimide Aerogel Fibers for Ultrathin Thermoregulating Clothes”為題發表在頂級期刊Nature Communications上。 祝賀！
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圖1CPI氣凝膠纖維的製備及形態 交聯聚醯亞胺（CPI）氣凝膠纖維採用紫外增強動態凝膠策略，通過濕法紡絲、溶劑交換和常壓乾燥製備。 PPI在普通溶劑中具有優良的溶解性和穩定性，保證了紡絲溶液的形成，提高了加工效能。 隨後，將PPI和光引發劑（IrgaCure2100）溶解在NMP中，製備出具有高零剪下粘度和剪下稀化特性的紡絲溶液，有利於紡絲過程。 紡絲液擠出形成細絲，在紫外線照射下能迅速轉化為凝膠纖維。 隨後，進行溶劑交換和常壓乾燥，得到CPI氣凝膠纖維。 在紫外增強動態凝膠策略中，隨機分布的PPI鏈在紫外照射下快速交聯，形成高度交聯、高強度的凝膠網路。 此外，快速膠凝工藝和常壓乾燥策略為CPI氣凝膠纖維的快速、連續和可擴充套件製造提供了極大的靈活性。 製備的CPI氣凝膠纖維具有完美的纖維形貌，直徑約為300 m。 相應的高倍率掃瞄電子顯微鏡影象顯示了由三維互連的奈米纖維網路形成的高度多孔的奈米結構，展示了典型的氣凝膠形態。 圖1e顯示了一捲長達數百公尺的製備好的CPI氣凝膠纖維，可以通過半自動編織機編織成長度超過1 m的大型CPI氣凝膠織物。 因此，他們的策略有望成為高通量、可擴充套件氣凝膠纖維織物製備方法的替代方案。 
圖2PPI的溶膠-凝膠轉變過程是通過UV增強的動態凝膠策略實現的，在UV照射下，誘導PPI的雙鍵與自由基聚合，形成強交聯聚醯亞胺凝膠。 傅利葉變換紅外光譜顯示，隨著紫外照射時間的延長，PPI-100在1628 cm-1處的乙烯基特徵峰（C = C延伸）逐漸消失。 根據雙鍵吸收峰面積的變化，在30 s紫外照射下，雙鍵的轉化率高達932%。
圖3CPI凝膠纖維的凝膠化和骨架強度通過在紫外輻射下將PI和PPI紡絲溶液擠壓到NMP溶劑中，進一步視覺化了溶膠-凝膠轉變過程。 擠出後，PI在溶劑中迅速擴散，無法保持纖維形狀，而PPI-100能夠在溶劑中形成穩定的交聯凝膠纖維，表明紫外線誘導的溶膠-凝膠轉變是有效的。 圖3b顯示了UV照射前後Pi和PPI溶液的儲能模量和損耗模量的變化。 紫外照射後，PPI-100溶液的儲能模量和損耗模量增加了乙個數量級。 此外，PPI-100在紫外照射後的儲能模量（約11,700 Pa）遠高於損耗模量（約5020 Pa），表現為凝膠狀。 然而，PI溶液的模量在紫外照射後變化不大，儲能模量小於損耗模量，表明其處於溶膠狀態。 更重要的是，紫外增強動態凝膠策略製備的CPI凝膠纖維具有較高的拉伸強度和彈性模量，且強度隨著接血率的增加而增加。 這是因為具有高接枝率的PPI可以為凝膠形成提供更多的交聯位點，從而為所得凝膠纖維提供更高的交聯密度。 因此，由於凝膠主鏈的穩定性和高強度，凝膠纖維可以在不破壞形狀的情況下進一步收集成捲，從而有效抑制溶劑交換過程中的收縮，促進乾燥後三維多孔結構的構建。 為了進一步證明紫外線增強動態凝膠策略在氣凝膠纖維構建中的優勢，他們將凝膠動力學與先前報道的凝膠化策略（如縮合反應、化學交聯和離子交聯）進行了比較。 他們記錄了通過幾種凝膠化策略獲得的凝膠模量隨時間的變化。 UV增強凝膠化策略在前體溶液中誘導快速溶膠-凝膠轉變，同時賦予凝膠更高的模量（約11,700 Pa）。 相比之下，縮合反應、化學交聯和離子交聯產生的凝膠模量小於 10 Pa。 這種薄弱的凝膠骨架不可避免地需要超臨界或冷凍乾燥來去除溶劑，從而防止三維骨架塌陷。 此外，由於交聯劑或膠凝劑（例如Ca2+、尿素）在紡絲過程中的擴散速度較低，這些凝膠化策略表現出緩慢的凝膠化動力學。 值得注意的是，通過紫外增強動態凝膠策略製備的高強度凝膠骨架具有快速的凝膠動力學，可防止氣凝膠纖維在常壓乾燥過程中的結構塌陷。 此外，含有大量甲基三氟甲基的CPI-100具有疏水表面和低毛細管壓力，進一步避免了常壓乾燥時的結構坍塌。 因此，按照他們的策略，通過濕法紡絲、溶劑交換和常壓乾燥製備氣凝膠纖維只需要大約 7 小時。 
圖4CPI 纖維形態和織物物理效能結論與展望
綜上所述，採用紫外增強動態凝膠策略，濕法紡絲製備交聯聚醯亞胺氣凝膠纖維是較容易的。 光敏聚醯亞胺可以在紫外線照射後 10 秒內交聯和凝膠化，從而實現從溶膠到凝膠的即時轉變，並在擠出後保持纖維形狀。 CPI的強交聯凝膠骨架具有約11,700 Pa的高儲能模量，因此可以有效防止氣凝膠纖維在溶劑交換和常壓乾燥過程中的結構塌陷。 由此產生的 CPI-100 氣凝膠纖維具有高比模量 （390.）。9 kN m-1 kg-1），可編織成氣凝膠織物。超薄氣凝膠織物 （0.）7 公釐厚）令人印象深刻，在 200 熱表上顯示 108 的溫差，相當於 54公釐厚的羽絨服。 此外，在概念驗證研究中，通過將CPI氣凝膠纖維與相變材料相結合，設計了一種智慧型熱適應紡織品，實現了高溫環境下的智慧型熱調節。 這項工作為以可擴充套件且具有成本效益的方式製造高效能和多功能氣凝膠纖維開闢了廣闊的可能性，展示了個人熱管理及其他方面的巨大潛力。