基于动物纤维模板的绝热材料的制备及导热性能研究

本项目提出将生物模板和遗态的学术思想引入到绝热材料的研究中。由于鸟类羽绒、鸭绒、羊毛等动物纤维具有独特的构造，从而具有优异的保温性能，本研究即以动物纤维为模板，通过浸渍特殊化合物和控制生物模板中无机物的合成，以及复制生物独特结构，制备出具有动物纤维构造的绝热材料（如ZrO2等），并研究该绝热材料的导热性能。着重研究动物纤维向生物态绝热材料的转变机理，制备工艺参数对该绝热材料保留模板构造完好程度的影响，动物纤维模板构造对该材料绝热性能的促进作用，以及不同动物纤维构造对该材料导热性能的影响等问题。通过本项目的研究可将生物形态材料的设计理念引入到绝热材料中，为获得高效绝热材料提供新的思路。

本项目将生物模板和遗态的学术思想引入到绝热材料的研究中，以蚕丝动物纤维为模板，通过浸渍特殊化合物和控制生物模板中无机物的合成，以及复制生物独特结构，制备出具有动物纤维构造的绝热材料，并研究该绝热材料的导热性能。着重研究动物纤维向生物态绝热材料的转变机理，制备工艺参数对该绝热材料保留模板构造完好程度的影响，动物纤维模板构造对该材料绝热性能的促进作用等问题。通过组织分析和性能研究表明，所制备的生物态绝热材料较好地保持蚕丝原有的纤维形貌，具有较高的连续性，并呈现出空心结构；烧结温度、浸渍液浓度、浸渍时间等制备工艺参数对生物态绝热材料保留模板构造的完好程度有明显影响，从而影响材料的绝热性能；蚕丝模板制备的绝热纤维材料的导热系数远低于常规绝热纤维材料，表现出优异的保温性能，其原因为生物态绝热纤维材料呈中空结构、比表面积大、继承了蚕丝优异的红外吸收能力；动物纤维向生物态绝热材料的转变过程分为两步，盐溶液分解成氧化物附着在蚕丝表面及蚕丝的进一步的分解，这有利于绝热纤维保留蚕丝模板的形貌和空心纤维的形成；烧结温度对生物态绝热纤维的比表面积和孔径分布有影响，从而对纤维的导热系数造成影响；红外光谱吸收测试显示，生物态绝热纤维出现与蚕丝相似的红外吸收峰，而常规的陶瓷绝热纤维并没有出现这些峰，这也是本研究制备的生物态材料绝热性能好于传统纤维材料的主要原因之一。通过本项目的研究可将生物形态材料的设计理念引入到绝热材料中，使绝热材料构造借鉴自然，为获得高效绝热材料提供新的思路和设计理念。