港大研新型超強韌氣凝膠材料

香港文匯報訊（記者 高鈺）氣凝膠（Aerogels）是一種具備微觀多孔結構的輕質材料，在熱防護、能源存儲、航空航天設備、柔性電子等領域有重要潛在價值。不過，傳統以陶瓷材料組成的氣凝膠往往具力學脆性，難以承受載荷變形而令製造應用受限制。香港大學機械工程系助理教授徐立之及副教授林原領導的研究團隊，利用常用於製造防彈衣和頭盔的合成纖維，研發出新型超強韌的氣凝膠材料，其力學性能明顯優於其他同類氣凝膠。

該款強韌多孔的新型高分子氣凝膠，由港大研究團隊利用自行組裝的芳綸納米纖維網路構建而成。芳綸材料本身具優異力學性能，常用於防彈衣、頭盔等高強結構，而與常見的宏觀尺寸芳綸纖維不同。研究團隊利用溶液加工方法製備芳綸納米纖維，再利用納米纖維和聚乙烯醇之間的相互作用，構建具備高連接度和高節點強度的三維纖維網路。

有關的氣凝膠製備方法簡易，具潛力開發應用於可穿戴器件、熱學隱身、濾膜結構以及其他多種新型功能器件中，結果已於《自然－通訊》刊登。

徐立之解釋，有關芳綸納米纖維就像是微觀尺度上類似建造工程的「桁架」網路，團隊想辦法把這些「桁架」牢固地焊接在一起，從而產生一種非常強韌的材料，其力學性能明顯優於其他類似的氣凝膠。是次研究不僅開發出新的氣凝膠材料，也探明了納米纖維網路普適的強韌化機理，對於其他類似材料的研發也具有重要的指導意義。

負責理論模擬工作的林原介紹，團隊透過在電腦中構建了一系列的三維纖維網路，再現了納米纖維氣凝膠的重要結構特徵，「纖維網路節點的力學行為對於宏觀力學特性非常重要。我們的模擬研究表明，即使在相同的固含量下，不同的節點連接度和節點結合能造成宏觀機械強度上幾個數量級的差別。」