氣凝膠材料的案例
呂堅院士團隊：3D打印莫來石增強的碳化硅氣凝膠復合材料
來源 | Small
作者 | 苗沐霖博士
香港城市大學呂堅院士團隊最新發表在Small期刊上的題目為 “3D-Printed Mullite-Reinforced SiC-Based Aerogel Composites” 的文章，制備出了具有優異力學性能且可以實現精確熱管理功能的碳化硅氣凝膠復合材料。具有這種結構的氣凝膠復合材料可用于汽車電池或精密器件（如集成電路、輸入/輸出芯片）的隔熱保護，并且有望應用在電磁波吸收，污染吸附，催化劑載體，電子或燃燒設備和儲能裝置的高溫過濾器等領域。
01
背景介紹
熱管理材料是綠色能源時代中幫助提高能源效率，發掘器件最佳使用性能的關鍵一環。碳化硅氣凝膠材料不僅具有優良隔熱性能，而且相較于其他成分的氣凝膠具有耐腐蝕，抗高溫，不易氧化的特點，是一種安全穩定的環保材料。但氣凝膠質地蓬松，所以其大規模應用受制于其強度的缺乏。構建碳化硅氣凝膠復合材料不僅可以確保一定隔熱性能，也可以使力學性能得到保證。
02
成果掠影
香港城市大學呂堅院士團隊提出了一種制備3D打印莫來石增強碳化硅氣凝膠復合材料（Mullite-Reinforced SiC-Based Aerogel Composites, MR-SiC ACs）的方法。首先，配制適合直接墨水書寫（DIW）的漿料，實現預制件生產。后續通過兩步燒結過程實現碳化硅復合材料的制備。3D打印的結構不僅提供了后續燒結過程中原位SiC納米線生長所需的合適的空間，而且可以作為支撐骨架提升壓縮強度。MR-SiC ACs材料的隔熱性能受益于多孔的打印結構以及大量SiC納米線交錯形成的介孔。同時燒結后的骨架表面形成的Si-O-Al非晶層也在一定程度上阻斷了熱的傳播。
展開 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
第一作者：張恩爽
通訊作者：張昊 研究員，李文靜 研究員
第一單位：航天特種材料及工藝技術研究所
DOI：10.1021/acsami.1c02501
在國家自然科學基金(52075510)的支持下，航天特種材料及工藝技術研究所張昊團隊在耐高溫氣凝膠隔熱材料方面取得新進展。在過去近10年時間里，該團隊先后開發出耐650℃和耐1200℃氣凝膠為代表的高性能氣凝膠隔熱材料。本文中，作者針對航空航天領域對高性能、耐1400℃以上氣凝膠隔熱材料的使用需求，設計和制備了一種氧化鋁納米棒，并通過將氧化鋁納米棒與二氧化硅納米顆粒的組裝和退火過程，實現了耐1400℃氣凝膠材料的制備。一方面，納米棒一維單元克服了傳統珍珠項鏈狀氣凝膠骨架的弱點，克服高表面能帶來的燒結問題；另一方面，得益于納米棒的自支撐作用，熱處理過程使合適的硅鋁組分在高溫下生成了耐高溫的莫來石相，并保持三維網絡骨架結構，最終使得該材料耐溫性突破了1400℃。相關研究成果以題為“Insulating and Robust Ceramic Nanorods Aerogels with High-Temperature Resistance over 1400 ℃”發表在ACS Applied Materials & Interfaces上，論文第一作者為張恩爽博士，張昊研究員和李文靜研究員為論文的共同通訊作者。航天特種材料及工藝技術研究所為第一單位。
陶瓷氣凝膠具有耐高溫、抗氧化及熱導率低等特點，尤其是在極端條件下具有良好的隔熱性能。然而，大多數陶瓷氣凝膠是由氧化物陶瓷納米顆粒構成的，在高溫(高于1200℃)下往往存在脆性和結構坍塌的問題。
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
01
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。
02
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。
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
碳納米纖維材料因具有高的比表面、優異的機械性能及高電導率等優異的物理性質而受到廣泛關注，在能源、催化、環境、聚合物等領域具有廣泛的應用前景。目前針對特定應用的功能化碳納米纖維材料的理性設計合成及性能優化，仍然是制約其實際應用的瓶頸。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 
一種用于熱管理的多功能纖維素/碳復合氣凝膠材料
來源 | Materials Today Communications
01
背景介紹
氣凝膠具有密度小、孔隙率高、導熱系數低等特點，是一種理想的保溫材料。環境與資源的矛盾也要求利用可再生資源開發氣凝膠。纖維素基氣凝膠除了具有傳統氣凝膠的優點外，還具有生物相容性、環境友好性和可生物降解性，是最豐富的天然可再生資源，是一種受歡迎的可持續保溫材料。盡管許多研究取得了令人滿意的結果，但提高纖維素基氣凝膠的機械強度、熱穩定性和多功能性仍然是一個挑戰。對不同制備方法的纖維素氣凝膠進行了一些研究報道，但在上述研究中，纖維素氣凝膠的功能僅限于保溫，而纖維素固有的低導電性限制了其作為多功能氣凝膠的應用。作為另一種重要的氣凝膠材料，碳基氣凝膠可以抑制骨架和孔隙中固體和氣體的熱傳導，減少輻射傳熱，使其具有超低密度、高熱穩定性和良好的導電性。但熱管理性能，包括焦耳加熱和光熱性能，在這些工作中很少討論。
02
成果掠影
近期，大連理工大學王海針對用于熱管理的可再生的氣凝膠多功能材料取得最新進展。近期，大連理工大學王海針對用于熱管理的可再生的氣凝膠多功能材料取得最新進展。該文將羧化纖維素納米纖維(CCNF)與碳納米管(CNT)、氧化石墨烯(GO)或碳纖維(CF)通過定向冷凍法制備了一系列纖維素和納米碳復合氣凝膠。雙向冷凍的CCNF/納米碳氣凝膠由于水平和垂直溫度梯度誘導的橋結構而表現出更高的抗壓強度。同時，雙向冷凍的CCNF/碳氣凝膠的導熱系數也低至0.0308 W/(mK)；煅燒后增大至0.0388 W/(mK)。CCNF基質中分散的線性碳材料CF和碳納米管導致了CCNF/納米碳氣凝膠的熱電、焦耳加熱和光熱性能，煅燒也促進了這些性能。
展開 UCLA&哈工大合作Science:具備超級隔熱性能的陶瓷氣凝膠
【引言】
陶瓷氣凝膠以其低密度、低熱導率和良好的耐火、耐腐蝕特性而被認為是理想的隔熱材料。然而，質脆以及晶化誘導的粉碎行為使得陶瓷氣凝膠常常在顯著的溫度梯度變化或者長期的高溫暴露中表現出嚴重的強度退化甚至結構崩塌的現象。鑒于極端條件下的隔熱要求相應的材料具備異常優異的穩定性，因此同時具備強大的機械和熱學穩定性就成為陶瓷氣凝膠在隔熱領域進一步發展應用的主要障礙。
【成果簡介】
近期，哈爾濱工業大學的李惠研究員和加州大學洛杉磯分校的黃昱、段鑲鋒（共同通訊作者）等人利用三維石墨烯氣凝膠模板設計合成了同時具有強大的機械和熱學穩定性的氮化硼（hBNAGs）以及碳化硅（βSiCAGs）陶瓷氣凝膠材料。這類陶瓷材料由納米層狀雙窗格壁組成，整體呈現出超低密度的雙曲線構造形態。而這一特殊結構賦予材料負泊松比（-0.25）以及負線性熱膨脹系數（-1.8x10-6/℃），致使材料維持熱穩定性的同時依然能表現出優異的可變形性和斷裂韌性。在劇烈的熱休克（大約275℃/s）以及長期高溫暴露過程中，這類材料表現出優異的熱穩定性以及幾乎為零的強度損失。同時此種氣凝膠還表現出超低的熱導率（在真空中約為2.4 mW/m·K，在空氣中約為20 mW/m·K），因此研究人員認為基于上述新型陶瓷氣凝膠可以設計理想的超級隔熱系統并在航天器等領域有所應用。2019年02月15日，相關成果以題為“Double-negative-index ceramic aerogels for thermal superinsulation”的文章在線發表在Science上。
展開 中科潤資成功降低硅系纖維氣凝膠復合材料導熱系數
來源 | 中科潤資公眾號
近日，中科潤資通過前驅體金屬氧化物注入、控制濕凝膠介孔成型， 并調整纖維載體成分和直徑比例分布，優化惰性氣體置換條件等技術措施，成功將硅系纖維氣凝膠復合材料在高溫段（500℃）的導熱系數降低至0.044w/m·k（穩態熱防護板法 GB/T 10294-2008，ASTM C177-19），并滿足在1300℃時長效穩定絕熱，達到世界領先水平!
中科潤資研究人員根據高溫環境下熱量傳遞的特點，針對性地對高溫熱輻射的阻擋效應進行增強設計，應用大目數小直徑金屬氧化物顆粒在氣凝膠內部進行間隙固溶分布，并調整了氣凝膠介孔的大小和比表面積，構建起一張張“遮陽板”，極大地增強了氣凝膠復合材料對高溫輻射的反射效應，同時改變纖維分布情況，根據輻射熱傳遞特點，改善材料的各向異性，從而有效地阻礙了熱輻射傳遞。
此項技術可應用于航空航天、熱電、鋼鐵、化工、醫藥、食品、建筑等多個包含過程中熱管理的行業門類，中科潤資在深耕絕熱材料研制的同時，在終端應用研究上也狠下功夫，運用有限元分析等現代化技術，模擬應用終端溫度及熱流分布，同時結合自主設計的小型化測試工裝具體實驗和復現設計指標，互應修正，向客戶提供最優質的全過程熱管理服務，提高能源利用率，為企業增效、節能降碳做出貢獻！
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展開 一種具有優異力學性能的氣凝膠纖維隔熱材料
來源 | ACS Nano
01
背景介紹
氣凝膠纖維是一類典型的新材料，由于其具有高孔隙率、低導熱性和低密度等優異特性，近年來受到越來越多的關注。這些特性為納米多孔氣凝膠纖維在隔熱、可穿戴織物、電磁屏蔽、傳熱裝置等領域的應用提供了廣闊的前景。但是，高孔隙率使得納米多孔氣凝膠纖維本能地表現出較差的力學性能。然而，要克服納米多孔氣凝膠纖維因其高孔隙率而帶來的脆弱力學特性，以便賦予其卓越的強度和高韌性，仍然是一個充滿挑戰性的難題。通過定向致密化和碳化，具有優先構建塊取向的層狀芳綸納米纖維/碳納米管雜化氣凝膠膜的機械強度和電導率都得到了顯著提高此外，相對于孔隙隨機分布的纖維素氣凝膠，具有高各向異性的纖維素塊狀氣凝膠經定向冷凍干燥后的力學性能得到了顯著提高。因此，納米多孔氣凝膠纖維的納米結構取向排列可能是獲得更好的力學性能的有效途徑。
02
成果掠影
近期，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針對要克服納米多孔氣凝膠纖維因其高孔隙率而帶來的脆弱力學特性的問題取得最新進展。該文報道了超韌氣凝膠纖維(SAFs)最初是由離子液體解離纖維素通過濕紡絲和超臨界干燥順序開始制備的。所制得的纖維素納米多孔氣凝膠纖維具有卓越的性能，包括高比表面積(372 m2 /g)、良好的機械強度(30 MPa)和高伸長率(107%)。得益于其高強度和伸長率，合成的纖維素納米多孔氣凝膠纖維顯示出高達21.85 MJ/m3的超高韌性，遠遠優于文獻中已知的氣凝膠材料。
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
為了緩解這種情況，有必要開發利用零能耗的隔熱材料。
目前，室內熱舒適主要通過建造具有保溫性能的建筑圍護結構來實現。這些隔熱結構通常采用低導熱系數的材料，可以減少建筑物外部和內部之間的熱交換，或者采用高反射涂層，可以最大限度地減少從陽光中吸收的熱量進入建筑物。礦棉、木纖維、玻璃纖維、多孔芳綸纖維和市售的膨脹隔熱泡沫等聚苯乙烯(EPS)和聚氨酯(PU)泡沫是用于保溫的常規材料。然而，它們的導熱系數高于空氣，從而限制了它們的應用。
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。
展開 高性能氣凝膠隔熱材料、石墨烯、液態金屬等入選！
近日，工業和信息化部、國務院國資委發布“關于印發前沿材料產業化重點發展指導目錄（第一批）的通知”，本批指導目錄收錄了15種前沿材料，其中高性能氣凝膠隔熱材料、石墨烯、液態金屬列入其中。
前沿材料代表新材料產業發展的方向與趨勢，具有先導性、引領性和顛覆性，是構建新的增長引擎的重要切入點。據了解，本次列入目錄材料是已有相應研究成果，具備工程化產業化基礎，有望率先批量產業化的前沿材料。相關企業可以結合實際積極開展技術創新、應用探索和產業布局。
END
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展開 液氮、1000 °C下能夠保持超柔性的氮化硼納米帶氣凝膠
氣凝膠，被譽為改變世界的新材料，具有孔隙率高、比表面積大、密度低、絕熱性能好等優異理化性質，在熱/聲/電絕緣、催化劑/藥物載體、星際塵埃收集、環境修復、能源與傳感等領域具有重要應用前景。然而，其自身力學缺陷，如強度弱、易脆、變形能力差等弊端，尤其是較寬溫度范圍內抵抗不同載荷沖擊能力，成為氣凝膠獲得實際應用的最重要障礙之一。
針對上述問題，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領導的氣凝膠團隊與德國科學家合作，將實驗設計與理論計算相結合，通過溶劑組分調控氫鍵網絡，尋找到一條簡便、高效、綠色的合成路徑，成功制備得到超柔性氮化硼納米帶氣凝膠，并實現了氣凝膠材料在很寬溫度范圍內（-196 °C~1000 °C）及不同載荷沖擊形式（壓縮、彎曲、扭曲、剪切等）下的柔性保持。
研究表明，該氮化硼氣凝膠由超薄（~3.2 nm）、大長徑比（幾百）、多孔帶狀納米結構相互纏繞、搭接而成，表現出超輕（~15 mg cm-3）、熱絕緣（~0.035 W/mK）、高比表面積（~920 m2 g-1）及優異的力學性能。該氣凝膠在多次循環壓縮、扭曲、彎曲、剪切等不同載荷下，可保持結構不被破壞、且可快速恢復至原有形狀。當該氣凝膠被浸泡在液氮中，其壓縮-回彈性能仍能夠很好保持。進一步地，當氮化硼氣凝膠被放置于酒精燈火焰或高于1000 °C的管式爐（空氣氛圍）時，其穩定的力學柔性仍被完好保留，且可承受不同載荷的沖擊。上述氮化硼氣凝膠的超柔性展示如下圖所示。
圖、氮化硼納米帶氣凝膠在液氮、火焰、高溫空氣氛圍（>1000°C）下，承受不同載荷的柔性形變-回彈行為。
作者相信，獲得的超柔性氮化硼氣凝膠有望在航空航天的隔熱透波、核反應堆的核防護及熱防護等高端領域獲得實際應用。
展開 
新興碳納米纖維氣凝膠：化學合成與生物合成
【引言】
氣凝膠是一類多孔輕質材料，通常是由溶膠-凝膠方法制得。氣凝膠的獨特結構使其具有許多迷人的物理特性，諸如超低密度、高表面積、優異的傳質性能和低導熱性等。目前包括金屬氧化物、聚合物、碳化物以及金屬等都已經能夠用于制備氣凝膠材料，其中基于聚合物的碳氣凝膠尤為重要。碳氣凝膠能夠實現高反應表面積和通向這種表面傳輸路徑的理想組合，因而在非均相催化劑載體、吸附劑、絕緣材料以及電極材料等方面具有重要的應用前景。近年來，碳納米管和石墨烯的發現極大地促進了聚合物基碳氣凝膠的發展和應用。碳納米管和石墨烯氣凝膠都可以通過化學氣相沉積和分散體系凝膠化的方法來進行制備，但是前驅體昂貴以及合成需要涉及復雜設備限制了這些氣凝膠的實際應用。因此，開發更簡單和經濟的途徑（例如利用碳水化合物、纖維素以及蛋白質等可再生資源為原料）來制備納米碳氣凝膠成為必然的發展趨勢。
【成果簡介】
中國科學技術大學俞書宏教授（通訊作者）在Angew. Chem. Int. Ed. 上發表了題為“Emerging Carbon Nanofiber Aerogels: Chemosynthesis versus Biosynthesis”的綜述文章，集中闡述了新興碳納米纖維氣凝膠的化學合成與生物合成方法。首先展示了如何通過化學合成和生物合成的方法來制備碳納米纖維（CNF）氣凝膠，然后討論了兩種制備CNF氣凝膠方法的合成特點，集中在結構和功能的多樣性以及CNF氣凝膠的物理化學性質和潛在應用。此外，作者還展示了基于可再生前驅體的CNF氣凝膠與CNT和石墨烯氣凝膠相比在諸多應用中具有競爭優勢。
展開 利茲大學《AM》多模態孔隙率/增強催化/微籠碳納米管氣凝膠
同樣，E,F) Ru@DWCNT 氣凝膠的 SEM-BSE 和 SEM-EDX 元素映射。G、H) 在 HCP 晶相中的平均 Ru NP 尺寸為 3 ± 2 nm，通過 TEM 確定。
圖4
Cu@MWCNT 氣凝膠的高級斷層掃描表征。
左）典型納米管微籠的 X 射線 3D 和電子 2D (SEM) 圖像的比較。中）X 射線納米斷層掃描正切片的高分辨率 3D 重建，揭示了高度均勻的微籠，而沒有大的 Cu-CuO NPs。右）通過三個不同的正交平面對典型微籠進行多維分析，重申納米管在乳液模板中采用的高度球形。
圖5
用
Cu-CuO核-殼納米粒子修飾的乳液模板CNT氣凝膠的催化性能和溶劑誘導的收縮-膨脹循環。
A）氧化酰胺化模型反應中產物形成演變的比較，由負載在不同CNT粉末和氣凝膠上的Cu-CuO催化劑誘導（Cu負載≈8wt%），揭示了在CNT氣凝膠載體上Cu-CuO催化劑的增強性能 .B) 與不同 Cu@CNT 催化劑的未反應起始材料和副產物相比，基于形成的所需產物比例的選擇性，突出了 Cu@DWCNT 氣凝膠的優異催化活性。C）Cu@DWCNT 氣凝膠在干燥和加入乙腈后的收縮-膨脹循環（重復 20 次）
。
參考文獻
：
doi.org/10.1002/adma.202008307
版權聲明
：「
高分子材料科學
」旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。上述僅代表作者個人觀點。商業轉載，投稿，薦稿或合作請后臺聯系編輯。感謝各位關注！
展開 研究 \\ 一種生物啟發設計制備的保溫仿生氣凝膠
目前，常用的保溫材料包括礦棉、玻璃纖維和聚苯乙烯泡沫塑料在內，材料的導熱系數在0.030-0.090W/(mK)之間。
傳統保溫材料已經不能滿足下一代建筑的節能要求。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。
02
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))。
展開 文獻速覽第4期-隔熱保溫氣凝膠材料
總結：該文提出了一種混合-紡絲輔助冷凍鑄造（BSFC）策略，將顆粒改性碳纖維加入石墨烯氣凝膠中，以實現機械強化和功能增強。這種方法為創造可定制的多材料、多尺度結構石墨烯氣凝膠提供了極大的自由度。例如，我們制造了碳化硅顆粒改性碳纖維增強石墨烯（SiC/CF-GA）氣凝膠。所制備的氣凝膠具有超輕、高彈性、抗疲勞壓縮（50%應變下1000次循環）等優異性能。同時，增強的彈性激發了 SiC/CF-GA 氣凝膠的有效應變傳感能力，其靈敏度高達13.8 k/Pa。
Abstract: Graphene aerogels have gained considerable attention due to their unique physical properties, but their poor mechanical properties and lack of functionality have hindered their advanced applications. In this study, we propose a blend-spinning-assisted freeze-casting (BSFC) strategy to incorporate particle-modified carbon fibers into graphene aerogels for mechanical strengthening and functional enhancement. This method offers a great deal of freedom in the creation of customizable multimaterial, multiscale structural graphene aerogels.
展開 