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  摩擦納米發電機（TENG）可以為可穿戴電子設備提供持續的電力，在智能防護織物領域具有潛在應用。氣凝膠纖維因其輕質和優異的隔熱性能，是一種較為理想的制備極端環境用柔性摩擦納米發電機的材料，如用于消防服等消防設備。然而，傳統的無機氣凝膠脆性大、力學性能差，限制了其在柔性TENG中的應用。而有機的聚合物基氣凝膠纖維雖然韌性好，但是耐火性能差，難以在火災等極端環境中穩定使用。

  針對這些問題，東華大學材料科學與工程學院葉長懷教授、朱美芳院士團隊設計了一種新型的雙網絡結構二氧化硅/芳綸納米纖維復合氣凝膠纖維，克服了現有材料的局限，提供了一種既具備優異耐火和隔熱性能，又具有良好韌性的柔性氣凝膠纖維材料。通過濕法紡絲，在芳綸納米纖維濕凝膠網絡中生長具有更小尺度的納米二氧化硅網絡，進一步通過冷凍干燥方法制備得到雙納米網絡的有機-無機氣凝膠纖維（圖1）。基于這種納米雙網絡結構特點，復合氣凝膠纖維結合了二氧化硅和芳綸納米纖維氣凝膠性能上的優勢，具有95%的孔隙率，高拉伸強度（3.4 MPa），低熱導率（0.033 W/(m·K），大比表面積（587 m2/g）和優異的耐火性能（極限氧指數47.7%）。通過測試發現，基于復合氣凝膠纖維編織的織物在液氮中能反復彎曲而不破壞氣凝膠的孔結構。用機器反復拍打復合氣凝膠織物10000次來模擬織物實際使用場景，發現織物的重量幾倍維持不變，沒有傳統無機氣凝膠易掉粉的現象。另外，因為無機氣凝膠網絡中含有MTES硅源，復合氣凝膠織物顯示出疏水性能，具有128°的靜態接觸角，并且在水中浸泡12小時以上，織物仍能浮于水面上，說明液態水不能進入復合氣凝膠納米孔中。

圖3 (a) 垂直接觸-分離模式下TENG的摩擦發電機制。(b) 使用純ANF、M-T/ANF和BaTiO3@M-T/ANF氣凝膠織物作為摩擦電層的TENG的電輸出性能。(c) 充電系統的電路圖。(d) 用手拍打復合氣凝膠織物點亮串聯連接的10個紅色LED燈。(e) TENG暴露于火焰5秒后的情況及燃燒后的復合氣凝膠織物的照片。(f) TENG被燃燒5秒后的電輸出結果。(g) BaTiO3@硅/ANF氣凝膠織物基TENG在燃燒后的LOI值和電輸出性能保持率與近期報道的阻燃TENG的比較。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202410940