氣凝膠制備技術的案例
一種用于熱管理的二氧化硅氣凝膠設計與制備技術
來源 | Advanced Functional Materials
01
背景介紹
氣凝膠是一類納米多孔材料，是最有前途的保溫材料之一。其獨特的結構使其具有高比表面積(SSA)、極高孔隙率、超低密度、低導熱系數等特性，使氣凝膠在建筑、航空航天、儲能、氣體檢測、催化、吸附、傳感器和熱管理等領域工業領域得到了廣泛的應用。硅基氣凝膠因其導熱系數低、熱穩定性強而被廣泛用作輕質保溫材料，現已顯示出巨大的商業價值，有助于減少碳排放。二氧化硅氣凝膠是一種具有超低密度和導熱性的多孔材料，因其優異的保溫性能而越來越受到學術界和工業界的關注。二氧化硅氣凝膠在絕熱材料中的廣泛應用是由于其超低導熱系數。因此，太陽能加熱和輻射冷卻二氧化硅氣凝膠可能在室外環境中發揮關鍵作用，二氧化硅氣凝膠的低導熱系數可能會嚴重阻礙傳導和對流散熱，但由于其白天的高透明度，太陽能加熱可能會突出，而由于其在夜間的強大輻射冷卻，其本身將成為冷卻器，從而導致與傳統認知相反的熱管理行為。因此，如何自適應控制二氧化硅氣凝膠的保溫、太陽能加熱和輻射冷卻，以獲得按需的二氧化硅氣凝膠熱管理行為仍然是一個挑戰。
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成果掠影
近期，為了深入探索氣凝膠的熱管理性能，近日，中科院蘇州納米所李清文和王錦等人設計合成了系列具有不同光學性能（包括不同太陽光透過率和中遠紅外發射率）的氧化硅氣凝膠，系統研究了自然環境下氧化硅氣凝膠的熱管理性能。當二氧化硅氣凝膠用于熱管理時，隔熱始終是唯一的考慮因素。本研究揭示了二氧化硅氣凝膠在不同環境下被動保溫、被動加熱或被動冷卻的按需熱管理(ODTM)。
展開 研究 \\ 冷凍鑄造技術定向制備氮化硼復合隔熱氣凝膠材料
三維(3D)多孔氣凝膠由于其低密度和高孔隙率而被設想為潛在的絕緣材料。其中常用的是陶瓷基氣凝膠和聚合物基氣凝膠。另一方面，聚合物氣凝膠比硅基氣凝膠具有更高的延展性，但其導熱系數通常高于空氣。目前隔熱材料通常用于降低建筑物的能源消耗。大多數商用產品在白天的熱導率低，絕緣性能差，太陽光反射率和熱發射率小。在同一種材料中實現所有特性是非常具有挑戰性的。
02
成果掠影
近期，香港科技大學Jang-Kyo Kim聯合香港理工大學沈曦教授在隔熱氣凝膠材料方面的研究取得新進展。該團隊采用單向冷凍鑄造技術制備了各向異性氮化硼納米片(BNNs)/聚乙烯醇復合氣凝膠。與傳統SiO2或Al2O3基氣凝膠中相互連接的各向同性納米顆粒形成的開孔結構不同，二維BNNS可以將氣凝膠分隔成獨立的細胞，有效減少空氣傳導和對流，從而實現超低導熱。得益于BNNs排列的多孔結構，具有最佳BNNS含量的復合氣凝膠在具有20.3 W/mK的超低導熱系數。此外，BNNS還具有高的折射率，遠高于傳統的SiO2(~1.47)和Al2O3(~1.77)納米粒子。BNNS的折射率與聚合物基體(~1.5)的折射率大不相同，這使得入射光在BNNS/基體界面處有效散射，從而獲得高太陽反射率。該復合氣凝膠在整個太陽光波長上具有95.0%的反射率，在大氣透明窗口內具有93%以上的高發射率。這些理想的特性使它們成為建筑物被動熱管理和熱防護罩以及其他需要高太陽輻照度保護的應用的有希望的材料。
展開 研究 \\ 一種生物啟發設計制備的保溫仿生氣凝膠
先進的隔熱材料，如氣凝膠，是一類具有超低導熱性的多孔輕質材料。然而，這些具有良好隔熱性能的高多孔材料通常具有較低的機械強度，并且需要額外的結構材料進行加固。目前，單一功能的圍護結構無法滿足下一代建筑的能源效率。設計具有高機械穩健性、高保溫性能和多功能的建筑已引起世界各國的關注。
然而，在雙碳背景下，需要大量生產建筑材料來減少能源浪費。因此，如何提高材料效率，以更少的原材料獲得更高的性能，是下一代建筑材料面臨的關鍵挑戰。水泥作為世界上應用最廣泛的建筑材料，由于其高機械強度、長期耐久性和耐高溫性，是這種多功能創新的有希望的候選者。基于生物啟發設計和材料效率改進的進一步優化已被采用為實現令人滿意的性能的有效方法。
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成果掠影
近期，東南大學佘偉教授聯合普渡大學李恬教授團隊，受堅固多孔的墨魚骨骼的啟發，通過在聚合物溶液中自組裝水合鈣鋁硅酸鹽納米顆粒(C-A-S-H，水泥的主要成分)，開發了隔熱保溫的水泥氣凝膠材料。通過在聚合物溶液中自組裝水泥的主要成分(C-A-S-H納米顆粒)，大大提高了材料效率。該工藝方法避免了水泥原料的煅燒，與普通水泥相比，隱含碳減少了50%以上。所得水泥氣凝膠的質量密度僅為0.015 g cm?3。合成的水泥氣凝膠在剛度(315.65 MPa)和韌性(14.68 MJ m?3)方面表現出超高的力學性能。水泥氣凝膠內部具有多尺度孔隙的高孔隙結構極大地抑制了傳熱，從而實現了超低導熱系數(0.025 W/(mK))。此外，無機C-A-S-H納米顆粒在水泥氣凝膠中形成防火屏障，具有良好的阻燃性（極限氧指數高達46.26%，UL94-V0）。
展開 兩次凝膠化策略制備構型可編輯的高強度氣凝膠
氣凝膠作為眾所周知的多孔固體納米材料，具有極低密度、超低導熱系數、高比表面積、強吸附能力等特點，已發展成為一種理想的材料家族，應用于隔熱、儲能、催化、傳感器、環境修復等各種新興領域。氣凝膠粉、氣凝膠氈、氣凝膠纖維、氣凝膠膜、氣凝膠單體等結構簡單的氣凝膠已經得到了大量的研究，但迫切需要具有復雜結構的氣凝膠來突破性能極限，拓展應用領域。
受民間藝術的啟發，通過折紙、編織、陶塑等形態編輯，制作具有復雜形態的氣凝膠應該是一種可行的方法。然而，由于氣凝膠密度低、力學性能弱、抗機械疲勞能力低，無法進行折疊、拉伸、壓縮、變形等多次編輯處理，直接對其進行構型編輯無疑是一項挑戰。因此，尋找一種間接制備復雜構型氣凝膠的方法是解決上述問題的關鍵。
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成果掠影
近期，中國科學院蘇州納米所張學同團隊受民間藝術（陶藝、折紙、編織）啟發，建立了一種高效的兩次凝膠化(TC)策略，實現構型可編輯高強氣凝膠的制備。本文建立了一種高效的二次凝膠化（TC）策略，實現構型可編輯高強氣凝膠的制備。作為概念驗證，選擇芳綸納米纖維(ANFs)和聚乙烯醇(PVA)作為氣凝膠的主要成分，其中PVA在第一次凝膠化過程中形成彈性的構型可編輯凝膠網絡，ANF在第二次凝膠化過程中形成構型鎖定凝膠網絡。TC策略保證了所制備的ANF-PVA (AP)氣凝膠既具有高韌性，又具有構型編輯能力。綜上所述，通過軟-硬調制得到具有特殊構型的堅韌氣凝膠，為突破氣凝膠的性能限制，拓展氣凝膠的應用領域提供了巨大的機會。
展開 
清華庹新林/北化邱藤：改性凍干法宏觀制備芳綸納米纖維氣凝膠
(d) 制備的 PANF 水凝膠 (PANF% = 3%)。(e) 冷凍的 PANF 水凝膠。(f) PANF 氣凝膠。(g) 大尺寸 (220 mm × 150 mm × 40 mm) 的 PANF 氣凝膠。（h）不同形狀的PANF氣凝膠。左，埃菲爾鐵塔；對，中國石獅。(i) 涂有 PANF 氣凝膠的不同材料。從
左到右：
PS管、金屬管、石英管。
圖
2. 不同氣凝膠的宏觀形態和典型的 SEM 圖像。
圖
3.
(a) 不同 PANF 氣凝膠樣品的壓縮應力-應變曲線。(b) PANF 氣凝膠和報道的芳綸氣凝膠的熱導率 (25 °C)。KNA氣凝膠；KNF 氣凝膠；層壓氣凝膠（徑向）；PPTA氣凝膠；PA氣凝膠。(c) PA-20、PA-40 和其他氣凝膠的熱導率和比壓縮強度。PAN/BA-a/SiO
2
；近場通信；PVA-co-PE；自動柜員機；PVA/CNF/GONS；CNF/硅；
G
A；
C
SG；注意：選擇的氣凝膠的密度范圍為 9.6-42.0 mg/cm
3
，所有應力均
在
70% 的應變下進行。(d) PANF 氣凝膠和 Kevlar 29 的 TGA 和 DTA 曲線。
圖
4. PANF 氣凝膠的隔熱和減震應用。
【總結】
基于
PANF水凝膠的改良凍干法成功制備了密度可調且性能優異的PANF氣凝膠。在-18°C條件下冷凍，然后在20-150°C下干燥，PANF水凝膠成功轉化為PANF氣凝膠。PANF框架和冰晶的分離效果保證了該過程中的形狀穩定性。利用該方法的簡單性和制備過程中PANF氣凝膠的收縮率可控，成功制備了大尺寸或各種形狀的PANF氣凝膠以及PANF氣凝膠涂層物體。
展開 【杜巴在線專家講座】中國科大實現由木材制備超細碳納米纖維氣凝膠
特別是，廉價、宏量、可持續制備碳納米纖維氣凝膠尚未實現。
近日，中國科學技術大學俞書宏研究團隊提出了一種催化熱解的方法來改變木質納米纖維素的熱解過程，首次以廉價的木材為原材料制備了高質量的超細碳納米纖維氣凝膠材料，該成果以“Wood-Derived Ultrathin Carbon Nanofiber Aerogels”為題，發表在《德國應用化學》雜志上（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 7085-7090）。論文的第一作者是博士生李思成。
基于木質納米纖維素制備超細碳納米纖維氣凝膠材料
纖維素材料廣泛存在于自然界的植物中，由于其廣泛的來源、低成本以及對環境的友好，木質纖維素材料是一種理想的制備碳納米纖維氣凝膠的前驅物。但是，因為木質纖維素納米纖維極小的尺寸使其在熱解制備碳纖維過程中劇烈收縮而無法保持纖維的形態，迄今為止尚沒有使用木材為原材料成功制備碳納米纖維氣凝膠的先例。為此，研究人員提出了一種催化熱解的方法，通過使用對甲苯磺酸催化木質納米纖維素在熱解前期迅速脫水，并改變其熱解過程和中間產物，使得納米纖維素在熱解后具有高的碳產率的同時，還能夠保持很好的三維網狀結構。該催化熱解轉化方法可將廉價豐富的自然界中的前驅物材料轉化為高附加值的碳納米纖維材料，對于發展可再生材料的綠色化學合成具有指導意義。
由該方法制備的超細碳納米纖維平均直徑僅為6 nm, 具有很高的電導率（710.9 S m-1）和比表面積 (553~689 m2 g-1)。
展開 用于電磁干擾屏蔽的Mxene和石墨烯氣凝膠的制備、進展、面臨挑戰和前景
Guo等人使用改進的3D打印技術開發了層狀石墨烯氣凝膠(圖7a)。最初，使用帶有狹縫擠出頭的定制注射器通過剪切稀釋來創建各向同性狀態的氧化石墨烯液晶(GOLCs)。同時，在氧化石墨烯分散體中加入叔丁醇(TBA)，以保持氧化石墨烯納米片在冷凍干燥氣凝膠形成過程中的平行排列。隨后，通過逐層打印和冷凍干燥制備層狀氧化石墨烯氣凝膠。層狀結構的長程排列有效地提高了導電率，從而增強了電磁干擾屏蔽性能。然而，由于含氧官能團的存在和共軛體系的破壞，氧化石墨烯的電導率明顯低于石墨烯。此外，熱力學和化學還原方法都會破壞多孔結構，從而限制了獨立氧化石墨烯和還原氧化石墨烯氣凝膠的性能。為了解決這些問題，引入了高導電性材料，與氧化石墨烯或還原氧化石墨烯結合形成復合氣凝膠。
Zhang等人成功制備了以NiCo納米顆粒裝飾的定向多孔氧化石墨烯/單壁碳納米管(SWNTs)氣凝膠。與復雜的3D打印相比，定向凍結是一種更受歡迎的方法。如圖7b所示，定向通道有利于有序導電網絡的形成，并為emw的多次反射提供了空間。結合磁性NiCo納米顆粒引入的磁損失，NiCo@rGO/SWNTs氣凝膠的EMI SE為105 dB，相應的SSE/t值為18711 dB?cm2/g。此外，Fan等人巧妙地將高導電性的2D MXene納米片加入氧化石墨烯中，利用冷凍干燥和熱處理生產出輕質混合泡沫。混合泡沫的導電性隨著MXene的加入而顯著增強，同時保持其低密度。相比之下，混合泡沫的多孔結構有助于增強重復反射的界面，從而有助于電磁波的更大衰減。結果表明，混合泡沫的EMI SE為50.7 dB，顯著高于還原氧化石墨烯泡沫。此外，混合泡沫優異的SSE/t (43690 dB cm2/g)是其優異的導電性和輕質特性的結果。
圖7.
展開 東華大學《JMCA》：3D打印GO氣凝膠制備高面電容的可定制超級電容器
3D打印技術為設計電極的可控宏觀結構帶來新的可能性。氧化石墨烯（GO）是3D打印氣凝膠在電化學應用中最常用的墨水材料，這歸因于GO墨水的剪切稀化流變行為和可調節的彈性模量。通過基于直接墨跡書寫（DIW）基于石墨烯的3D打印技術構造具有所需的微觀和宏觀結構電極是一種可行的策略。但目前為止，通過3D打印技術實現GO的可印刷性以及構造具有高導電性和機械強度的石墨烯基氣凝膠仍然是一個巨大的挑戰。因此，尋求一種可靠的策略來制備具有可設計的宏觀結構和多孔微結構的可印刷GO油墨和氣凝膠具有重要意義。
近期，東華大學、江南大學和魯汶大學合作以聚酰胺酸（PAA）鹽作為交聯劑制備GO / PAA凝膠，該凝膠可用作基于DIW的3D打印技術的印刷油墨。PAA和GO之間的大量氫鍵促進了交聯網絡的形成，確保GO / PAA即使在低GO濃度（25 mg mL -1）下仍顯示出較高的模量和可成型性。后續熱處理后的碳氣凝膠（CAs）保持交聯的多孔微結構，同時引入了含N和O以改善石墨烯的機械性能，同時提供了快速的電子和離子傳輸，從而實現高電化學性能。作者對設計進行進一步編程來制備具有各種宏觀結構的滿足可定制結構和大面積電容需求的CA。該超級電容器具有優異的面電容（59.1 mF cm-2）和面能量密度（5.3μWh cm-2）。其微晶格周期性的網格結構使其即使在高質量負載（15.3 mg cm-2）和大厚度（4.9 mm）的情況下，也為電極提供足夠的離子傳輸通道，從而確保電極的面積電容與厚度的關系近似成比例地增加。文章以“3D printed carbon aerogel microlattices for customizable supercapacitors with high areal capacitance”發表在期刊《JMCA》.
展開 《Materials Advances》：南洋理工大制備高效、可循環油水分離的3D多孔MoS2–PVP氣凝膠
還在過程中觀察到鏡面反射（圖3d），說明氣凝膠和周圍水之間形成了新的界面，這進一步證實了3D MoS2-PVP氣凝膠的疏水性。
圖3（a）站在花面上的3D MoS2-PVP氣凝膠的照片。（b）3D MoS2-PVP氣凝膠WCA的照片。（c）具有不同濃度的MoS2的3D MoS2-PVP氣凝膠的WCA 。（d）鏡面反射的照片。
3D MoS2-PVP氣凝膠具有良好的疏水性和出色的機械穩定性，是去除各種油脂和有機溶劑的理想吸附材料之一。如圖4a，將3D MoS2-PVP氣凝膠放在油水混合物的表面時，它可以完全而迅速地吸收油。此外， 3DMoS2-PVP氣凝膠對各種油和有機溶劑具有出色的吸附能力，可吸收高于自身重量195至649倍于的溶劑（圖4b）。
圖4 3D MoS2-PVP氣凝膠的吸收性能。（a）3D MoS2-PVP氣凝膠吸收的照片及對各種有機溶劑和油的吸附能力（b）。
3D MoS2-PVP氣凝膠的吸附能力高于以前報道的吸附材料，如片狀石墨（60-90倍），碳納米管海綿（80–180倍），石墨烯海綿（60–160倍），還原型氧化石墨泡沫（5–40倍）。制備3D MoS2-PVP氣凝膠的方法相對簡單，其前體相對便宜。因此，作者認為，該氣凝膠是最有前途的環境修復吸附劑。
油水分離的關鍵是污染物的可回收性，因為大多數污染物都含有有價值和有害的物質。兩種典型的回收污染物的方法是擠壓和蒸餾。被3D MoS2-PVP氣凝膠吸收的十八烯可以通過擠壓回收。當釋放壓力時，氣凝膠可以恢復到其原始形狀（圖5a）。3D MoS2-PVP氣凝膠的吸收-壓縮循環過程中保持良好的結構，在30個循環后，仍保持93.5％的吸附能力（圖5b），和92.9％的吸附能力（圖5c），表明其良好的可回收性。因此，該氣凝膠可通過擠壓、蒸餾或兩種方法的組合用于去除污染物。
展開 北理工曲良體團隊ACS Nano：重構氧化石墨烯液晶實現石墨烯氣凝膠的大規模制備
【引言】
石墨烯氣凝膠作為近年來最具吸引力的碳材料之一，在儲能轉換、環境修復、高性能傳感器、超輕型阻燃劑、電磁干擾屏蔽、吸聲、高效太陽熱轉換等領域顯示出巨大的潛力。制備超輕石墨烯氣凝膠的方法和工藝，包括化學氣相沉積、溶液冷凍干燥、溶膠-凝膠法、模板介導的溶液組裝和3D打印等。在以往的研究中，溶膠-凝膠法和空氣干燥法被認為是實現超彈性（>90%應變）和超低密度（小于10 mg cm-3）石墨烯氣凝膠的低成本、大規模商業化生產的重要方法。化學還原或交聯驅動的氧化石墨烯（GO）的凝膠化過程是其中的關鍵步驟。液晶（LC）相通常在GO水分散體中自發形成，當不存在特殊控制時，其通常顯示常規的向列相或層狀相。不幸的是，向列相或層狀相GO LCs在微觀上有序，但宏觀上是嚴重無序，尤其是大尺寸（e.g. 米級尺寸），這將嚴重破壞大尺寸樣品石墨烯水凝膠的均勻性和完整性，進一步阻礙了干燥后大塊石墨烯氣凝膠的成功制備。因此，建立適合工業應用的方法制備大尺寸、結構完整的石墨烯氣凝膠仍然是一個重大挑戰。
【成果簡介】
近日，在曲良體教授（通訊作者）團隊的帶領下，北京理工大學與清華大學合作，開發了一種表面活性劑發泡溶膠-凝膠法，通過微泡模板有效地破壞和重建分散體系中的GO LCs，從而獲得大尺寸、結構完整的石墨烯水凝膠塊(GHB)。經過簡單冷凍和風干后，得到的石墨烯氣凝膠塊（GAB）表現出結構完整的尺寸約為1 m2，超彈性高達99％壓縮應變，超低密度2.8 mg cm-3，具有快速的太陽能熱轉換能力。
展開 中科院蘇州納米所張學同研究員團隊《ACS Nano》：彎曲剛度導向策略制備Kevlar氣凝膠限域的有機相變纖維獲重要進展
智能或功能纖維在可穿戴及其他高科技領域已顯示出巨大潛力，但設計和制備結構可控的智能或功能纖維仍然面臨巨大挑戰。最近，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所（簡稱：中科院蘇州納米所）氣凝膠團隊通過一種巧妙的彎曲剛度導向策略，制造出具有不同功能的有機相變纖維，并探索其在不同領域的應用前景，如圖1所示。首先，利用正溴丁烷/乙醇混合溶劑作為濕法紡絲的凝固浴，對 Kevlar 納米纖維 (KNF)質子化同時進行疏水功能化，再通過超臨界干燥，制備出疏水的凱夫拉氣凝膠纖維（H-KAFs）。其次，以H-KAFs為載體，使有機相變材料石蠟（（PW）限域于載體內，獲得有機相變纖維（PW@H-KAF）。此PW@H-KAFs具有高相變潛熱（135.1-172 J/g）、出色的熱循環穩定性和優異的機械性能（拉伸強度達到 30 MPa，拉伸應變達到30%）。當PW@H-KAFs彎曲剛度低于臨界值（1.22×10-9 N·m2）時，其在智能調溫織物領域顯示出巨大應用潛力；當PW@H-KAFs彎曲剛度高于此臨界值，其可用作形狀記憶材料，并進一步設計成動態抓手，用于特殊物體輸運。
圖1、PW@H-KAF制備及應用示意圖
中科院蘇州納米所氣凝膠團隊曾經報道過疏水凱夫拉氣凝膠纖維的制備方法（ACS Nano 2019, 13(5), 5703-5711），但該疏水凱夫拉氣凝膠纖維是通過在親水氣凝膠纖維表面涂覆氟碳樹脂獲得。氟碳樹脂在長期使用過程中會脫落，易導致疏水功能失效。此次研究發現，使用正溴丁烷/乙醇混合溶劑作為凝固浴可以有效地疏水功能化KNFs，烷烴可通過競爭反應接枝到KNF的N-位點上，賦予KNF良好的疏水性，反應過程如圖2所示。
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航天特種材料及工藝技術研究所《ACS AMI》：結構穩健的耐1400℃ 陶瓷納米棒氣凝膠隔熱材料
盡管，近年來一些學者在耐高溫氣凝膠方面取得了很大的進展，但設計和制備耐1400℃以上、機械強度優異及隔熱性能良好的陶瓷氣凝膠仍然是一個巨大的挑戰。基于上述需求，航天特種材料及工藝技術研究所熱防護材料研究團隊提出了一種簡單、可規模化的制備方法，開發了一種耐1400℃氣凝膠材料，其纖維增強后的復合材料耐溫性可高達1500℃。
本文亮點：
該團隊改進傳統溶膠-凝膠法，通過Al2O3納米棒和SiO2納米顆粒的可控組裝來制備具有分等級大孔和介孔結構的陶瓷納米棒氣凝膠，通過熱處理過程，制備出陶瓷納米棒氣凝膠（CNRAs）。在該研究中，作者根據三個標準制備耐高溫、高效隔熱及高強度CNRAs:(1)作為基本結構單元的Al2O3納米棒須具有可控的尺寸；(2)Al2O3納米棒必須組裝成具有三維連通多孔結構的宏觀體氣凝膠；(3)Al2O3納米棒之間須具有很強的連接，整體形成機械堅固和熱穩定性好的骨架網絡。CNRAs的制備過程主要包括納米棒的合成、溶膠凝膠、超臨界干燥和高溫退火過程。
圖1 陶瓷納米棒氣凝膠制備流程圖
在制備CNRA之前，他們通過組裝過程制備了氧化鋁納米棒和二氧化硅納米顆粒組成的三維網絡結構，此時的氣凝膠為pre-CNRA。pre-CNRA的SEM和TEM圖像顯示，它是由納米棒和納米顆粒組成的隨機搭接的網絡結構。作者認為，納米棒相互搭接的自支撐力和納米顆粒互相堆積的粘接力是三維網絡結構的主要支撐力，這種結構和自然界用樹枝做的鳥巢非常相似。
展開 用于極端環境下的熱防護材料——仿貝殼納米復合氣凝膠
來源 | Advanced Materials
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背景介紹
極端環境（如深空和深海）對氣凝膠材料的熱防護性能提出了更高要求：一方面，氣凝膠需兼具超低熱導率（< 20 mW m
-1K
-1）和優異力學性能（高剛性、高柔性、超彈性等）；另一方面，需突破低成本和易規模化的氣凝膠制備技術，也讓原本艱巨的任務變得更加困難。
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成果掠影
近日，東華大學朱美芳院士團隊設計并構筑了“多孔磚和纖維”結構的仿貝殼納米復合氣凝膠（SCQs），通過在層狀纖維素納米纖維凝膠網絡中原位生長介孔無機礦物來實現。基于跨維度、跨尺度的結構適配工作原理，該有機無機納米復合SCQs在環境壓力干燥過程中具有快速結構回復能力，為氣凝膠材料的低成本規模化制備奠定基礎。制備得到的納米復合氣凝膠具有優異的抗壓性能，可以承受成人的壓力而不變形，即使在更大的應力下（1.6噸汽車碾壓），依然能夠恢復其原始形狀，同時具有優異的彎曲柔性以適應各種防護表面；另一方面，該氣凝膠具有優異的絕熱性能，熱導率值低至17.4 mW m-1 K-1，遠低于理想的絕熱體-靜止的空氣，與目前航天用隔熱材料-多層隔熱氈相比，不僅具有更優異的耐熱性能，而且在一個大氣壓或稀薄氣壓環境均具有更優異的隔熱性能。多方面綜合優勢使這一氣凝膠材料在航空航天、國防軍工以及智能電子熱防護領域具有極大的應用前景。
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