研究人员开发出导电但隔热的新型非织造布

拜罗伊特大学的研究人员在《科学进展》上展示了新型静电纺无纺布，其表现出高导电性和极低导热性的不寻常组合。

无纺布代表了材料研究的突破：基于易于实现的材料概念，可以解耦导电性和导热性。无纺布由碳基和硅基陶瓷通过静电纺丝工艺制成，对技术应用具有吸引力，例如能源技术和电子。它们可以在工业规模上经济高效地制造和加工。

通常，高导热率与高导热性相关，低导热率与低导热率相关。 然而，在许多高科技行业中，人们对将良好的电力与低热传输相结合的多功能材料越来越感兴趣。

尽管在材料中已经开发了几种策略，如致密无机材料、共轭聚合物和合金，但实现极低的导热性和高导电性仍然是柔性可折叠材料的主要挑战。

拜罗伊特大学的研究团队发现了一个创新概念来应对这一挑战：新型静电纺无纺布由碳基和硅基陶瓷制成，由具有海岛型纳米结构的纤维组成，直径在500至600纳米之间。

每根纤维都含有碳基质，其中纳米尺寸的陶瓷相均匀分布。粒子在碳基质的“海洋”中形成微小的“岛屿”，并具有相反的互补作用。碳基体使电子在纤维中传输，因此具有高导电性，同时纳米尺寸的硅基陶瓷可以防止热能轻易扩散。

这是因为纳米陶瓷和碳基体之间的界面非常高，而无纺布的孔隙非常小。结果，声子存在强烈的散射，这是由热能触发的振动的最小物理单位。不会发生连续的定向热流。

现在，通过与3，900多种所有类型的材料(包括陶瓷，碳，天然材料，合成聚合物，金属，玻璃和各种复合材料)的比较，突出了高导电性和极低导热性的不寻常组合。新型静电纺复合纤维材料中的电子传输和热能绝缘比其他材料更耦合。

“我们的静电纺非织造布结合了极具吸引力的多功能特性，通常分布在不同类别的材料中：高导电性，聚合物泡沫熟悉的隔热性以及陶瓷的不可燃性和耐热性。这些纤维基于简单的材料概念，它们由商业聚合物制成，“第一作者，拜罗伊特大学大分子化学博士后研究员Xiaojian Liao博士说。

“我们相信，我们的新纤维适用于多个应用领域：例如，在能源管理，电池供电的电动汽车，智能纺织品或航空航天领域，”拜罗伊特大学高分子化学教授Seema Agarwal教授博士说。拜罗伊特大学的跨学科团队在陶瓷、聚合物、静电纺丝、物理化学和电子显微镜方面拥有专业知识，使这项工作取得了成功。