由于可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展以及電動(dòng)汽車生產(chǎn)和使用的穩(wěn)步增長(zhǎng)，電池安全問題在全世界引起了相當(dāng)大的關(guān)注。由于電池故障失效通常與機(jī)械-熱耦合行為有關(guān)，因此迫切需要具有優(yōu)良機(jī)械堅(jiān)固性和阻燃性能的保護(hù)性屏蔽材料來緩解熱失控。然而，大多數(shù)隔熱材料的強(qiáng)度不足以保護(hù)電池免受機(jī)械濫用，而機(jī)械濫用是造成災(zāi)難性后果的最關(guān)鍵情況之一。

圖1. CSH木材的制備工藝

東南大學(xué)佘偉、章煒、普渡大學(xué)李恬等受木材的啟發(fā)，開發(fā)了一種有效的方法，即通過水合硅酸鈣和聚乙烯醇聚合物鏈的自組裝來設(shè)計(jì)一種分級(jí)納米復(fù)合材料（簡(jiǎn)稱CSH木）。柔性的PVA鏈的選擇和C-S-H的添加減少了體積收縮，促進(jìn)了規(guī)?；闹圃臁－h(huán)保的C-S-H納米顆粒也有助于復(fù)合材料的高機(jī)械剛度和優(yōu)秀的韌性。

因此，這種多功能保護(hù)材料CSH木表現(xiàn)出前所未有的組合，即重量輕（0.018 g cm^-3）、剛度高（軸向204 MPa）、負(fù)泊松比（-0.15）、韌性強(qiáng)（6.67 × 105 J m^-3）、熱絕緣性好（徑向0.0204 W m^-1 K-1）和阻燃性好（UL94-V0）等特性。

圖2. CSH木材的韌性和分子動(dòng)力學(xué)模擬

當(dāng)作為保護(hù)罩或電池封裝的保護(hù)層應(yīng)用時(shí)，堅(jiān)韌的CSH木材可以抵抗高沖擊負(fù)荷，阻擋熱擴(kuò)散，以阻止或延緩火勢(shì)蔓延，因此大大降低了電池爆炸造成的財(cái)產(chǎn)損失或人身傷害的風(fēng)險(xiǎn)，例如，它可以在867.5℃的極高溫度下對(duì)燃燒的電池進(jìn)行絕緣，并將外部溫度保持在36.2℃。

總體而言，這項(xiàng)工作為制備具有較大可擴(kuò)展性的先進(jìn)熱絕緣材料提供了新的途徑，并顯示了保護(hù)電子設(shè)備的巨大潛力。

圖3. CSH木材的阻燃性

Thermally insulating and fire-retardant bio-mimic structural composites with a negative Poisson’s ratio for battery protection. Carbon Energy 2023. DOI: 10.1002/cey2.353