多功能石墨烯氣凝膠纖維吸附傳熱性能優異

據悉，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同研究員團隊與西北工業大學孔杰教授團隊合作，通過將吸濕鹽LiCl 引入到打孔石墨烯氣凝膠纖維中，得到一種具有吸濕性的石墨烯氣凝膠智能纖維（LiCl@HGAFs），實現了空氣取水、吸附式制冷/制熱與寬頻微波吸收的多功能集成化。

由于LiCl 具有低密度、低脫水溫度和超高吸水特性，研究人員將其作為纖維內的活性鹽。他們首先在100℃的H2O2中蝕刻氧化石墨烯，然后通過洗滌和離心獲得多孔氧化石墨烯。通過濕紡、還原、超臨界干燥和填充LiCl 來制造LiCl@HGAFs 氣凝膠纖維。多孔石墨烯基質不僅為吸水提供了足夠的結合位點和表面積，還提供了由納米孔構成的水傳輸路徑。該纖維在90%的相對濕度下表現出4.15 g·g-1的水分吸附能力，并可基于石墨烯的電熱或光熱效應進行吸附/解吸過程。由于熱量隨著水的吸附和解吸而可逆地產生和釋放，該纖維可實現有效的熱量分配。由于水分子的偶極極化、石墨烯平面內納米孔缺陷處的偶極極化以及二維石墨烯片之間的多次反射，該纖維在吸濕后也可表現出出色的微波吸附性能。

該氣凝膠纖維作為一種多功能吸濕材料，除了從空氣中獲取水分外，還可以作為儲熱材料。研究人員進一步利用LiCl@HGAFs 氣凝膠纖維在基于吸附傳熱設備（AHT）中進行熱量分配，例如吸附驅動的冷卻/冷卻器和吸附驅動的熱泵等。AHT 系統在水吸附/解吸的完整循環下運行，可以通過水蒸發的吸熱過程或水吸附的放熱過程進行驅動。隨著水的吸附和解吸，LiCl@HGAFs氣凝膠纖維經歷了一個高效的傳熱過程，儲熱容量高達6.93 kJ·g-1。在加熱和冷卻模式下的性能系數可以分別達到1.72 和0.70。憑借優異的吸附傳熱特性，該氣凝膠纖維有望應用于環保、不易燃和低成本的AHT 設備，通過利用天然太陽能或工業工廠的廢熱，實現降低用于設備冷卻和加熱的能源消耗。