米乐m6中国官方网站 开发了一种绝缘材料，可以防水、透光，并且即使被压碎也不会破裂

国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）化学过程研究部[研究部主任滨川聪]分层结构材料加工小组研究员竹下悟和研究小组组长尤田聪正在研究从虾和蟹壳中获得的天然聚合物壳聚糖开发了一种超低密度多孔体（防水气凝胶）作为一种材料）具有防水性、透光性和柔韧性。

　这种多孔体由具有疏水表面的细壳聚糖纤维的三维网络结构组成，并表现出超高的孔隙率（96-97%的体积是空隙）。通过使其疏水，我们保持了传统亲水性壳聚糖气凝胶的均匀纳米结构，同时提高了其防潮性，这是由多糖纳米纤维制成的材料的一个问题。这开启了作为透光隔热材料的实际应用的可能性。

　该技术的详细介绍请参考英国皇家化学学会学术期刊纳米级发布，但在此之前，在线版本已于2017年8月21日（日本时间）发布。

水滴滴在传统壳聚糖气凝胶和新开发的防水气凝胶上的状态（左）以及防水气凝胶的电子显微镜照片（右） 经英国皇家化学学会许可，转载自 Nanoscale (2017) doi:101039/c7nr04051b

　随着民用和家庭领域能源消耗的增加，建筑节能需求旺盛。窗户和玻璃门等采光区域允许大量热量进出，显着降低供暖和制冷系统的效率，因此迫切需要开发可用于采光区域的隔热技术。目前使用的是双层玻璃窗和真空隔热窗，但由于其重、厚、不可弯曲等限制，其应用仅限于一些新建住宅。另外，超低密度硅胶（二氧化硅气凝胶)，但由于其脆性极小，易开裂，存在加工性差、易断裂、粉料飞散等问题，因此作为窗隔热材料并未得到广泛应用。如果能够制造出一种不仅隔热、透光，而且具有柔韧性和抗裂性的材料，那么它不仅可以为建筑物，而且可以为日常生活的各个方面的节能做出巨大贡献。

　产业技术研究院一直致力于开发以壳聚糖为骨架的超低密度多孔体（壳聚糖气凝胶），作为兼具隔热性、透光性和柔韧性的新材料。AIST 2015 年 11 月 9 日新闻稿）。这种多孔材料具有三维网络结构，其中直径为5至10 nm的细壳聚糖纤维交织在一起，大约97%的体积是空隙。此外，与将生物质来源的纤维素解散成细纤维的材料相比，可以使用更简单的工艺来制造多孔体。另一方面，壳聚糖等多糖聚合物分子中含有许多对水具有高亲和力的部分，因此它们本质上对水分敏感。特别是，壳聚糖气凝胶与外部空气的接触面积大，因此在实际使用中存在因空气中的水分而劣化等问题。这次，我们致力于提高壳聚糖气凝胶的防潮性能。

壳聚糖具有氨基（NH₂) 和羟基 (OH)。新开发的技术保持了传统壳聚糖气凝胶均匀的三维网络结构，同时交联氨基并用疏水剂修饰羟基使其具有疏水性（图1）。首先，在壳聚糖水溶液中添加交联剂，使氨基交联，使其具有疏水性，同时溶液变成凝胶。用有机溶剂交换该凝胶中所含的水后，我们用三甲基甲硅烷基（Si(CH₃)₃)使其疏水。然后高压CO₂萃取溶剂来获得拒水气凝胶。并将其干燥。传统的干燥工艺使用酒精作为溶剂；酒精和二氧化碳₂在高压下形成均质相。然而，酒精/CO₂系统处于质子高压 (H⁺)，该质子分解并除去疏水基团，使其恢复到原来的羟基。因此，丙酮/CO₂系统中，我们建立了一个干燥过程，可以完整地干燥疏水基团。

图1拒水气凝胶的制造工艺

　如图2所示，传统气凝胶会立即吸收与其接触的水滴，从而引起不可逆的体积收缩。另一方面，新开发的防水气凝胶可以排斥水滴并防止它们渗透到内部。壳聚糖气凝胶的拒水性取决于引入的疏水基团的量，当总羟基的20%~30%被疏水基团修饰时，拒水性约为120°水滴接触角此外，还保持了与传统壳聚糖气凝胶相当的高孔隙率（96-97%）和光学透明度（在相当于1毫米厚度的800 nm波长下透射率为78%）的纳米结构。

图 2 将水滴从顶部滴到传统气凝胶（顶部）和防水气凝胶（底部）上并保持 10 秒。 水滴立即渗透到传统气凝胶中，而拒水气凝胶保留了适合穿着的水滴 转载自 Nanoscale (2017) doi:101039/c7nr04051b，经英国皇家化学学会许可，经 Biomacromolecules 许可改编，18, 2172 版权所有 (2017) 美国化学会

　此外，当我们研究拒水气凝胶的压缩行为时（图3），发现即使在约90%或更高的压缩变形下，无论引入的疏水基团的量如何，它都被均匀地压缩而不会破裂。这表明，即使壳聚糖纤维被疏水化，由于三维网络结构而产生的机械韧性也得以保持。

图3 拒水气凝胶的压缩行为 经英国皇家化学学会许可，转载自 Nanoscale (2017) doi:101039/c7nr04051b

　今后，我们将优化条件，进一步提高透明度，目标是将其作为透光隔热材料商业化。我们还将致力于制造大型样品，用于评估高度可靠的隔热性能，并降低成本并加快制造过程。

国立产业技术综合研究所
化学工艺研究部层次结构材料工艺组
研究员 Satoru Takeshita 电子邮件：stakeshita*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）
研究组组长 Satoshi Yoda 电子邮件：s-yoda*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）

◆壳聚糖

一种天然衍生的聚合物，通过用碱性水溶液处理甲壳素（虾、蟹、昆虫等的壳的主要成分）而获得。壳聚糖因其原料廉价且丰富，且具有较高的生物相容性和环境友好性，被用作生物材料、再生医疗材料、废水处理絮凝剂、吸附剂、饲料等的载体。日本大部分市售壳聚糖是由废弃的蟹壳制成的。[返回来源]

壳聚糖的结构式

◆二氧化硅气凝胶

超低密度硅胶的总称，其中90-98%的体积是空隙。二氧化硅（SiO₂) 具有细颗粒相连的结构，并具有数十纳米宽的孔。由于密度低，固体部分的导热率极低，孔隙内空气的运动受到限制，导致导热率极低（0012～002W/(m·K)）。此外，由于二氧化硅颗粒和孔隙小于可见光的波长，不会散射可见光，因此具有高透光率。
“气凝胶”是超低密度干燥多孔材料的总称，如果材料是壳聚糖，则称为“壳聚糖气凝胶”。[返回来源]

◆水滴接触角

当水滴滴到固体表面上时，在水滴接触固体表面的点处，水滴表面与固体表面之间形成的角度（图中的θ）。它由三个因素决定：固体在空气中的表面张力、空气中水滴的表面张力以及固体与水滴之间的界面张力。一般来说，接触角越小，固体越亲水，接触角越大，固体越疏水。[返回来源]