研究背景
近年来，受气候变化、植被管理不善等因素影响，全球野火频发，对自然生态和人类社会造成巨大威胁。传统的水增强凝胶虽能短期阻燃，但在高温强风下迅速干燥失效，无法持久保护建筑和基础设施。针对这一难题，斯坦福大学团队开发了一种新型生物仿生水增强凝胶，由可持续纤维素聚合物与胶体二氧化硅颗粒交联而成。这种凝胶不仅具备优异的粘附性和保水能力，还能在高温下原位转化为高孔隙率、绝热性能卓越的二氧化硅气凝胶，形成持久防火屏障。这一突破性技术有望显著提升野火防护能力，为灾区提供更可靠的保护方案。
本文要点
1.遇热变身气凝胶。传统水增强凝胶干燥后会失效，而该凝胶在高温下能转化为二氧化硅气凝胶，即使干燥后仍能有效隔热防火，保护时间延长5倍以上。
2.环保可降解。材料采用纤维素衍生物和二氧化硅颗粒，生物相容且可降解，避免传统阻燃剂的环境污染问题，符合可持续发展需求。
3.抗老化易喷涂。通过优化配方（如使用MHEC替代HEC+MC），解决了凝胶老化变硬的问题，同时保持优异的喷涂性能和粘附性，适合大规模应用。
图1. 水增强凝胶应用示意图及热转化过程
图2. 不同凝胶配方的流变性能对比
图3. 新型凝胶显著延长基材炭化时间
图4. 通过形成多孔二氧化硅膜的凝胶阻燃性
图5. 二氧化硅颗粒烧结过程的SEM图像
研究结论
这项研究通过创新的聚合物-颗粒相互作用设计，开发出了一种具有双重防护机制的水增强凝胶。在野火高温环境下，凝胶迅速脱水并形成多孔二氧化硅气凝胶层，有效散射热量并隔绝火源，大幅延长基材的保护时间。实验表明，该凝胶在直接火焰冲击下可保护木材基材超过7分钟，远超传统产品的90秒。此外，凝胶的环境友好性和抗老化特性使其具备实际应用的广阔前景。这项技术不仅填补了当前防火材料的空白，还为野火频发地区的建筑和基础设施提供了更可靠的防护方案，具有重要的社会和经济价值。
文章信息
Changxin Dong, Andrea I. d'Aquino, Samya Sen, Ian A. Hall, Anthony C. Yu, Gabriel B. Crane, Jesse D. Acosta, Eric A. Appel*. Advanced Materials, 36, 2407375 (2024).
https://doi.org/10.1002/adma.202407375
来源：先进微纳纤维复合材料研究荟
编辑 | 鞠丽 审核 | 杨静、刘亚丹 
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