背景：
近年来，具有个人热管理功能的智能温控纺织品备受关注，这种纺织品可在各种环境温度下为穿着者提供先进的热舒适性，从而最大限度地减少能源消耗。 特别是在一些场合，如航空航天和火灾场景，需要轻质、超薄的面料来保证穿着者的生产力和安全性。 新兴气凝胶纤维 新兴气凝胶纤维继承了气凝胶的三维（3D）多孔结构和纤维的柔韧性，具有重量轻、孔隙率高、多功能集成等特点，在智能温控纺织品领域展现出巨大潜力。 高度多孔的结构赋予气凝胶纤维低导热系数（23-50 mW m-1 k-1），从而大大抑制了热量损失。 此外，其独特的微观结构还可以为相变材料等智能材料的集成提供有利条件。 因此，气凝胶纤维及其复合织物在个人热管理方面显示出巨大的潜力。
研究成果
在这里，东华大学的研究团队报告了一种快速、可扩展、交联的聚酰亚胺（CPI）气凝胶纤维制造策略，用于湿法纺丝和通过紫外线增强的动态凝胶策略进行具有成本效益的大气压力干燥。 设计合成了一种基于光敏聚酰亚胺（PPI）和三氟甲基的纺丝液。 紫外光增强动态凝胶化可在紫外光照射下诱导PPI纺丝液在10 s内快速交联，实现溶胶-凝胶快速转变，从而形成强交联凝胶主链，可有效防止CPI气凝胶纤维在常压干燥过程中的结构塌陷。 使用他们的方法，可以在7小时内快速连续地制备长达数百米的高强度气凝胶纤维，这比先前报道的方法（通常需要49-94小时）快得多。 超细气凝胶纤维的厚度为07毫米，大约是羽绒的1 8，具有与羽绒几乎相同的隔热性能。 此外，在概念验证研究中，CPI气凝胶织物可以与形状记忆材料相结合，制成用于个人热管理的智能热适应织物。 他们的研究为气凝胶纤维和纺织品的开发提供了一种可扩展的生产方法，以满足先进的应用场景。 相关研究成果以“Fast and Scalable Production of Crosslinked Polyimide Aerogel Fibers for Ultrathin Thermoregulating Clothes”为题发表在顶级期刊Nature Communications上。 祝贺！
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图1CPI气凝胶纤维的制备及形态 交联聚酰亚胺（CPI）气凝胶纤维采用紫外增强动态凝胶策略，通过湿法纺丝、溶剂交换和常压干燥制备。 PPI在普通溶剂中具有优良的溶解性和稳定性，保证了纺丝溶液的形成，提高了加工性能。 随后，将PPI和光引发剂（IrgaCure2100）溶解在NMP中，制备出具有高零剪切粘度和剪切稀化特性的纺丝溶液，有利于纺丝过程。 纺丝液挤出形成细丝，在紫外线照射下能迅速转化为凝胶纤维。 随后，进行溶剂交换和常压干燥，得到CPI气凝胶纤维。 在紫外增强动态凝胶策略中，随机分布的PPI链在紫外照射下快速交联，形成高度交联、高强度的凝胶网络。 此外，快速胶凝工艺和常压干燥策略为CPI气凝胶纤维的快速、连续和可扩展制造提供了极大的灵活性。 制备的CPI气凝胶纤维具有完美的纤维形貌，直径约为300 m。 相应的高倍率扫描电子显微镜图像显示了由三维互连的纳米纤维网络形成的高度多孔的纳米结构，展示了典型的气凝胶形态。 图1e显示了一卷长达数百米的制备好的CPI气凝胶纤维，可以通过半自动编织机编织成长度超过1 m的大型CPI气凝胶织物。 因此，他们的策略有望成为高通量、可扩展气凝胶纤维织物制备方法的替代方案。 
图2PPI的溶胶-凝胶转变过程是通过UV增强的动态凝胶策略实现的，在UV照射下，诱导PPI的双键与自由基聚合，形成强交联聚酰亚胺凝胶。 傅里叶变换红外光谱显示，随着紫外照射时间的延长，PPI-100在1628 cm-1处的乙烯基特征峰（C = C延伸）逐渐消失。 根据双键吸收峰面积的变化，在30 s紫外照射下，双键的转化率高达932%。
图3CPI凝胶纤维的凝胶化和骨架强度通过在紫外辐射下将PI和PPI纺丝溶液挤压到NMP溶剂中，进一步可视化了溶胶-凝胶转变过程。 挤出后，PI在溶剂中迅速扩散，无法保持纤维形状，而PPI-100能够在溶剂中形成稳定的交联凝胶纤维，表明紫外线诱导的溶胶-凝胶转变是有效的。 图3b显示了UV照射前后Pi和PPI溶液的储能模量和损耗模量的变化。 紫外照射后，PPI-100溶液的储能模量和损耗模量增加了一个数量级。 此外，PPI-100在紫外照射后的储能模量（约11,700 Pa）远高于损耗模量（约5020 Pa），表现为凝胶状。 然而，PI溶液的模量在紫外照射后变化不大，储能模量小于损耗模量，表明其处于溶胶状态。 更重要的是，紫外增强动态凝胶策略制备的CPI凝胶纤维具有较高的拉伸强度和弹性模量，且强度随着接血率的增加而增加。 这是因为具有高接枝率的PPI可以为凝胶形成提供更多的交联位点，从而为所得凝胶纤维提供更高的交联密度。 因此，由于凝胶主链的稳定性和高强度，凝胶纤维可以在不破坏形状的情况下进一步收集成卷，从而有效抑制溶剂交换过程中的收缩，促进干燥后三维多孔结构的构建。 为了进一步证明紫外线增强动态凝胶策略在气凝胶纤维构建中的优势，他们将凝胶动力学与先前报道的凝胶化策略（如缩合反应、化学交联和离子交联）进行了比较。 他们记录了通过几种凝胶化策略获得的凝胶模量随时间的变化。 UV增强凝胶化策略在前体溶液中诱导快速溶胶-凝胶转变，同时赋予凝胶更高的模量（约11,700 Pa）。 相比之下，缩合反应、化学交联和离子交联产生的凝胶模量小于 10 Pa。 这种薄弱的凝胶骨架不可避免地需要超临界或冷冻干燥来去除溶剂，从而防止三维骨架塌陷。 此外，由于交联剂或胶凝剂（例如Ca2+、尿素）在纺丝过程中的扩散速度较低，这些凝胶化策略表现出缓慢的凝胶化动力学。 值得注意的是，通过紫外增强动态凝胶策略制备的高强度凝胶骨架具有快速的凝胶动力学，可防止气凝胶纤维在常压干燥过程中的结构塌陷。 此外，含有大量甲基三氟甲基的CPI-100具有疏水表面和低毛细管压力，进一步避免了常压干燥时的结构坍塌。 因此，按照他们的策略，通过湿法纺丝、溶剂交换和常压干燥制备气凝胶纤维只需要大约 7 小时。 
图4CPI 纤维形态和织物物理性能结论与展望
综上所述，采用紫外增强动态凝胶策略，湿法纺丝制备交联聚酰亚胺气凝胶纤维是较容易的。 光敏聚酰亚胺可以在紫外线照射后 10 秒内交联和凝胶化，从而实现从溶胶到凝胶的即时转变，并在挤出后保持纤维形状。 CPI的强交联凝胶骨架具有约11,700 Pa的高储能模量，因此可以有效防止气凝胶纤维在溶剂交换和常压干燥过程中的结构塌陷。 由此产生的 CPI-100 气凝胶纤维具有高比模量 （390.）。9 kN m-1 kg-1），可编织成气凝胶织物。超薄气凝胶织物 （0.）7 毫米厚）令人印象深刻，在 200 热表上显示 108 的温差，相当于 54毫米厚的羽绒服。 此外，在概念验证研究中，通过将CPI气凝胶纤维与相变材料相结合，设计了一种智能热适应纺织品，实现了高温环境下的智能热调节。 这项工作为以可扩展且具有成本效益的方式制造高性能和多功能气凝胶纤维开辟了广阔的可能性，展示了个人热管理及其他方面的巨大潜力。