DOI: 10.1021/acsami.0c05333
在极端寒冷的环境中存在健康风险，因此非常需要保暖设备。然而，创建具有高保暖性能和坚固机械性能以持久地防止恶劣条件的材料是非常具有挑战性的。在此，研究者报告了一种单步面部策略，通过在纤维内创建独特的“刚-柔”聚合物网络以及纤维间的粘合结构来制备可拉伸的超弹性纤维海绵。这种设计的前提是，硬质聚苯乙烯（PS）可以赋予材料刚性，而软质聚氨酯（PU）可以在机械变形过程中吸收能量。得益于对聚合物和组装网络的系统定制，合成的纤维海绵具有独特的拉伸恢复性能，70％的大断裂伸长率，以及在-50℃、50％应变下抵抗100次循环压缩的优异回弹性。此外，纤维海绵还具有高孔隙率（约99.31％）、超轻性能（体积密度= 7.68 mg cm-3）和有效保暖性（导热系数= 27.6 mW m-1 K-1）的显著特征，以及易于放大的简单组装工艺的技术特征。纤维海绵的制备为开发超轻、高效的保暖材料提供了新的视角。
图1.（a）6/0、（b）5/1、（c）4/2、（d）3/3不同PS/PU质量比的PS/PU纤维组件的SEM图像；插图是其蓬松的宏观形态的相应光学照片。（e）由不同PS/PU质量比制备的PS/PU纤维组件的体积密度和孔隙率。（f）PS/DMF/H2O系统和PU/DMF/H2O系统的线性浊点图。（g）三元相图中分别针对PS/DMF/H2O系统和PU/DMF/H2O系统的浊点曲线。初始解决方案由红色星号表示，箭头表示在静电纺丝过程中射流的可能成分变化路径。理论上优化了（h）PS/DMF和（i）PU/DMF分子模型的几何形状和平衡校正的相互作用能。
图2.（a）以不同的PS/PU质量比制备的PS/PU纤维组件的拉伸σ-ε曲线。（b）在不同PS/PU质量比下，PS/PU纤维组件的模拟拉伸伸长率和应力分布。单根（c）PS/PU纤维的SEM-EDS图像以及（d）C、（e）N和（f）O的相应元素映射图像。
图3.（a）以（a）0wt％、（b）10wt％、（c）20wt％和（d）30wt％的不同TTMA含量制备的PS/PUFS的微观结构。（e）PS/PU纤维组件和PS/PU/TTMA纤维组件的DSC曲线。（f）TTMA、未交联的PS/PUFS和交联的PS/PUFS的FTIR分析。（g）PS/PUFS的体积收缩率（V/V0）与不同TTMA含量的函数关系，插图是经热处理后具有不同TTMA含量的相应PS/PUFS的照片。（h）具有不同TTMA含量的PS/PUFS的体积密度和（i）孔隙率。
图4.（a）在室温下，含不同TTMA浓度的PS/PUFS的拉伸σ-ε曲线。（b）示意图说明了PS/PUFS拉伸机制对机械性能的影响。（c）含不同TTMA浓度的PS/PUFS的交联密度。（d）PS/PUFS-20沿加载方向的拉伸σ-ε曲线，各种应变分别为0％、10％、20％、30％和40％，插图显示在拉伸过程中PS/PUFS-20的轮廓。（e）PS/PUFS的杨氏模量、损耗模量和阻尼比与频率的关系（振荡ε为1％）。（f）在不同温度下，ε=50％时PS/PUFS的压缩σ-ε曲线。（g）在-50℃、ε=50％时，PS/PUFS的100次循环疲劳试验。（h）最大应力、压缩模量和能量损失系数与压缩循环的关系。
图5.（a）不同PU/PS质量比的PS/PUFS在环境温度下的热导率。（b）PS/PUFS在不同温度下的热导率。（c）PS/PUFS在不同压缩循环后的热导率。（d）覆盖商用聚酯毡和PS/PUFS之前和之后人手掌的光学和红外图像。（e）商业聚酯毡和PS/PUFS的微观结构、（f）孔径分布和（g）模拟传热。
