熱開關是一種調節熱阻並根據需要將其置於“開”或“關”模式的裝置。大多數熱開關需要通過複雜的結構設計或基於相變機械地閉合/斷開熱觸點，然而這些傳統的熱開關體積龐大、設計複雜。

近日，東南大學和中科院蘇州納米所研究採用慢質子釋放-調製凝膠化和熱誘導交聯策略，設計並製備了一種超彈芳綸納米纖維氣凝膠（HEKAs）。

HEKAs的製備過程包括纖維化學剝離、緩釋凝膠化、冷凍乾燥和高溫熱處理等過程。通過對成品的表徵可以看出，HEKAs具有4.7 mg/cm3的超低密度和99.75%的高孔隙率，其熱分解發生在500~645℃範圍內。

HEKA在受到大壓縮應變時表現出優異的彈性，可恢復應變最高達到80%。當壓縮次數為500次時，其幾乎恢復了原始形狀，只有8.2%的輕微永久變形。經過100次壓縮迴圈後，其楊氏模量沒有明顯下降。此外，HEKAs在超低溫（-196℃）下也不會發生脆性斷裂和結構倒塌，即使在液氮中浸泡並經過幾個壓縮週期後，仍表現出顯著彈性。

研究人員將HEKA、玻璃、Al2O3陶瓷和同等高度的鐵塊放在加熱臺上，並在350℃下將新鮮的花瓣放在每個材料上面。在加熱15分鐘後，HEKAs上的花瓣只出現了輕微的脫水和萎蔫，而放在其他材料上的花瓣則出現了燒焦和炭化，表明HEKAs在高溫下具有良好的隔熱性能。

研究人員還通過實驗驗證了HEKAs作為熱開關的可行性。結果表明，與基於機械閉合/斷開熱觸點的金屬熱開關相比，HEKAs具有非常明顯的密度優勢；與基於相變過程的高分子材料熱開關相比，HEKAs的開關比較高，可調範圍為1-7.5。

該研究為滿足多孔氣凝膠的超彈性和按需定制熱流提供了參考方向。相關工作以“Hyperelastic Kevlar Nanofiber Aerogels as Robust Thermal Switches for Smart Thermal Management”為題發表在《Advanced Materials》上。

來源：功能紡織