周口纳米所张学同团队Advanced Materials综述:固液主客体复合材料 -- 周口纳米技术与纳米仿生研究所

周口纳米所张学同团队Advanced Materials综述:固液主客体复合材料

  众所周知,固固复合材料是以一种固体材料为基体相以另一种固体材料为增强相形成的复合材料,具有轻质高强特征,已广泛应用于航空、航天、汽车工业、计算机等各个领域;另一方面,液液复合材料,即乳液,也已在日常生活中得到普遍应用,如护肤品、油漆等。固固复合材料以固体状态存在,本质上属于固体材料范畴;而液液复合材料以液体状态存在,本质上属于液体材料范畴。固体材料具有骨架稳定、易成型、可加工、力学性能好等特点,固体材料往往难以发生快速动态响应;液体具有界面光滑、动态响应、传质效率高、自修复等特征,液体本身很难自支撑使用。有别于固固复合材料和液液复合材料,近年来,固液主客体复合材料作为新兴材料领域引起了众多研究学者的广泛关注固液主客体复合材料以固体为主体(连续相)材料,以液体为客体(分散相)材料,弥散分布在固体内或连续填充于固体中,它同时兼具固体的属性和液体的属性,并衍生出丰富的界面性质和各种单一组分所无法实现的优异性能。 

  1. 固液主客体复合材料的设计及其在光学显示、红外隐身、智能响应、柔性电子、气体分离等领域的典型应用 

  周口纳米所张学同研究员团队长期致力于气凝胶以及气凝胶固液主客体复合材料研究。气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料,是具有三维网络结构的多孔纳米固体材料,具有低密度、高孔隙率、高比表面积以及低热导率等独特性能。气凝胶独特的多孔固体结构,能够为承载功能液体提供限域空间和强毛细作用力,使其在固液主客体复合材料领域大显身手,从而催生并推动了固液主客体复合材料发展。近年来,该团队在固液主客体复合材料方面开展了一系列代表性研究工作:提出了石墨烯气凝胶/相变材料主客体复合体系,展示了其在智能纤维领域的应用(Adv. Mater. 2018, 30, 1801754)研究了凯夫拉气凝胶/相变材料主客体复合体系,展示了其在红外隐身、空调纤维等领域的应用(ACS Nano 2019, 13, 2, 2236–2245; ACS Nano 2019, 13, 5703-5711ACS Nano 2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c05693);开展了氮化硼气凝胶/相变材料主客体复合体系研究,展示了其在5G便携式电子设备中的热控管理多元化应用(ACS Nano 2020, 14, 16590-16599);开展了聚多巴胺/芳纶纳米纤维气凝胶薄膜与低共熔相变材料的主客体复合体系研究,发展了具有阻燃和低温热管理功能的-客体复合薄膜(Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2102232) 

  最近,该团队系统综述了固液主客体复合材料的最新进展和未来研究方向。首先,介绍了固液主客体复合材料的概念、分类、设计策略(包括材料设计、维度设计、连续性设计、尺寸效应和响应性),以及制备方法。其次,阐述了如何借助多孔固体材料和功能液体材料固有属性,来获得固液主客体复合材料的各种优异性能,特别是在光学、热学、电学、机械、吸附和分离等方面的性能,并进一步展示了固液主客体复合材料在光学器件、热管理、电磁屏蔽、柔性电子、气体吸附以及多相分离等领域的应用。此文最后还展望了固液主客体复合材料的未来发展方向,评述了目前所面临的挑战和未来的发展机遇。 

  这篇综述文章以“Solid-Liquid Host-Guest Composites: the Marriage of Porous Solids and Functional Liquids”为题发表在国际期刊Advanced Materials上,中科院周口纳米所盛智芝副研究员为论文第一作者,张学同研究员为论文通讯作者,该论文工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、英国皇家学会-牛顿高级学者基金等资助。 

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