DOI: 10.1021/acsami.1c03658

生活在寒冷气候中的人们迫切需要保暖设备来保持健康。然而，创建出既能有效保温又能保持结构稳定性的材料是一项极具挑战性的工作。在本文中，研究者报告了一种通过直接静电纺丝和热交联制备超轻、机械坚固和高性能保暖材料的简便且省时的策略。采用湿度诱导静电纺丝技术制备了具有立体纤维网络的蓬松纤维组件，然后加热以在纤维内创建半互穿聚合物网络（semi-IPN），以获得纤维海绵（FSs）。基于半互穿聚合物网络的FSs（semi-IPN FSs）具有高拉伸应力（为1MPa）、良好的抗疲劳性（1000次循环拉伸或压缩试验后塑性变形约为0％）以及在液氮（-196℃）中的无损回弹性。此外，semi-IPN FSs具有低至约2.2mg/cm3的体积密度、有效的保温能力（低热导率约为25.8mW/m/K）以及所需的防水性和透气性。semi-IPN FSs的成功合成为开发具有较强力学性能的高性能材料提供了理论依据。

图1.（a）semi-IPN FSs的合成步骤介绍。（b）示意图说明了在热交联过程中PU和BIP之间的化学反应。（c）单根纤维的元素映射图像。（d）照片显示semi-IPN FS可以站在花瓣上。（e-g）semi-IPN FS在各种放大倍率下的微观体系结构。（h）显示柔软性和韧性的图像。当释放外力时，semi-IPN FSs可以恢复到原始状态。（i）尺寸为60cm×40cm×2cm的semi-IPN FS的图像。

图2.（a）未交联FAs和semi-IPN FSs的拉伸应力-应变曲线。（b）semi-IPN FSs和其他3D纤维材料的拉伸应力。（c）PU、未交联PU-BIP和交联PU-BIP聚合物系统的储能模量与温度的关系。（d）PU、未交联PU-BIP和交联PU-BIP聚合物体系的交联密度。（e）semi-IPN FSs拉伸机制的示意图。（f）semi-IPN FSs沿载荷方向的拉伸应力-应变曲线，应变从5％逐渐增加到30％。（g）图像显示0％应变和30％应变下semi-IPN FS的形态。（h）semi-IPN FSs的一千次加载-卸载拉伸循环测量。（i）以1000g的负载重量进行10分钟的压缩测量，比较未交联FAs和semi-IPN FSs的压缩性能。（j）不同组成薄膜的屈曲性能。（k）模拟单根纤维的压缩应力分布和几何变形。

图3.（a）随着压缩应变的增加，semi-IPN FSs的应力-应变曲线图和一个循环的实验快照。（b）1000次循环压缩的应力-应变曲线，应变为60％。（c）semi-IPN FSs在压缩和释放下的微观结构演变。（d）说明semi-IPN FSs压缩过程的示意图。（e）semi-IPN FSs的力学性能与温度的关系。（f）演示表明semi-IPN FSs可以在液氮中保持弹性。（g）semi-IPN FSs的动态力学性能与频率的关系（振荡应变为1％）。

图4.（a）不同温度下semi-IPN FSs的热导率。（b）不同压缩循环下semi-IPN FSs的热导率。（c）其他先前报道的蓬松3D纤维材料的导热系数与体积密度的关系。（d）羊毛、棉、聚酯和semi-IPN FSs的FT-IR反射率。（e）手掌在不同覆盖物下的红外图像。（f）示意图描绘了普通纺织品和semi-IPN FSs的加热机理。（g，h）semi-IPN FSs的防水性能和透气性。