多功能石墨烯氣凝膠纖維吸附傳熱性能優(yōu)異

據(jù)悉，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張學(xué)同研究員團(tuán)隊(duì)與西北工業(yè)大學(xué)孔杰教授團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)將吸濕鹽LiCl 引入到打孔石墨烯氣凝膠纖維中，得到一種具有吸濕性的石墨烯氣凝膠智能纖維（LiCl@HGAFs），實(shí)現(xiàn)了空氣取水、吸附式制冷/制熱與寬頻微波吸收的多功能集成化。

由于LiCl 具有低密度、低脫水溫度和超高吸水特性，研究人員將其作為纖維內(nèi)的活性鹽。他們首先在100℃的H2O2中蝕刻氧化石墨烯，然后通過(guò)洗滌和離心獲得多孔氧化石墨烯。通過(guò)濕紡、還原、超臨界干燥和填充LiCl 來(lái)制造LiCl@HGAFs 氣凝膠纖維。多孔石墨烯基質(zhì)不僅為吸水提供了足夠的結(jié)合位點(diǎn)和表面積，還提供了由納米孔構(gòu)成的水傳輸路徑。該纖維在90%的相對(duì)濕度下表現(xiàn)出4.15 g·g-1的水分吸附能力，并可基于石墨烯的電熱或光熱效應(yīng)進(jìn)行吸附/解吸過(guò)程。由于熱量隨著水的吸附和解吸而可逆地產(chǎn)生和釋放，該纖維可實(shí)現(xiàn)有效的熱量分配。由于水分子的偶極極化、石墨烯平面內(nèi)納米孔缺陷處的偶極極化以及二維石墨烯片之間的多次反射，該纖維在吸濕后也可表現(xiàn)出出色的微波吸附性能。

該氣凝膠纖維作為一種多功能吸濕材料，除了從空氣中獲取水分外，還可以作為儲(chǔ)熱材料。研究人員進(jìn)一步利用LiCl@HGAFs 氣凝膠纖維在基于吸附傳熱設(shè)備（AHT）中進(jìn)行熱量分配，例如吸附驅(qū)動(dòng)的冷卻/冷卻器和吸附驅(qū)動(dòng)的熱泵等。AHT 系統(tǒng)在水吸附/解吸的完整循環(huán)下運(yùn)行，可以通過(guò)水蒸發(fā)的吸熱過(guò)程或水吸附的放熱過(guò)程進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。隨著水的吸附和解吸，LiCl@HGAFs氣凝膠纖維經(jīng)歷了一個(gè)高效的傳熱過(guò)程，儲(chǔ)熱容量高達(dá)6.93 kJ·g-1。在加熱和冷卻模式下的性能系數(shù)可以分別達(dá)到1.72 和0.70。憑借優(yōu)異的吸附傳熱特性，該氣凝膠纖維有望應(yīng)用于環(huán)保、不易燃和低成本的AHT 設(shè)備，通過(guò)利用天然太陽(yáng)能或工業(yè)工廠的廢熱，實(shí)現(xiàn)降低用于設(shè)備冷卻和加熱的能源消耗。