多功能石墨烯气凝胶纤维吸附传热性能优异

据悉，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同研究员团队与西北工业大学孔杰教授团队合作，通过将吸湿盐LiCl 引入到打孔石墨烯气凝胶纤维中，得到一种具有吸湿性的石墨烯气凝胶智能纤维（LiCl@HGAFs），实现了空气取水、吸附式制冷/制热与宽频微波吸收的多功能集成化。

由于LiCl 具有低密度、低脱水温度和超高吸水特性，研究人员将其作为纤维内的活性盐。他们首先在100℃的H2O2中蚀刻氧化石墨烯，然后通过洗涤和离心获得多孔氧化石墨烯。通过湿纺、还原、超临界干燥和填充LiCl 来制造LiCl@HGAFs 气凝胶纤维。多孔石墨烯基质不仅为吸水提供了足够的结合位点和表面积，还提供了由纳米孔构成的水传输路径。该纤维在90%的相对湿度下表现出4.15 g·g-1的水分吸附能力，并可基于石墨烯的电热或光热效应进行吸附/解吸过程。由于热量随着水的吸附和解吸而可逆地产生和释放，该纤维可实现有效的热量分配。由于水分子的偶极极化、石墨烯平面内纳米孔缺陷处的偶极极化以及二维石墨烯片之间的多次反射，该纤维在吸湿后也可表现出出色的微波吸附性能。

该气凝胶纤维作为一种多功能吸湿材料，除了从空气中获取水分外，还可以作为储热材料。研究人员进一步利用LiCl@HGAFs 气凝胶纤维在基于吸附传热设备（AHT）中进行热量分配，例如吸附驱动的冷却/冷却器和吸附驱动的热泵等。AHT 系统在水吸附/解吸的完整循环下运行，可以通过水蒸发的吸热过程或水吸附的放热过程进行驱动。随着水的吸附和解吸，LiCl@HGAFs气凝胶纤维经历了一个高效的传热过程，储热容量高达6.93 kJ·g-1。在加热和冷却模式下的性能系数可以分别达到1.72 和0.70。凭借优异的吸附传热特性，该气凝胶纤维有望应用于环保、不易燃和低成本的AHT 设备，通过利用天然太阳能或工业工厂的废热，实现降低用于设备冷却和加热的能源消耗。