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（a） PG氣凝膠及其石蠟相變復(fù)合材料的制造示意圖。（b,c）PG4的側(cè)視圖和（d，e）俯視圖SEM圖像。（f） PG4的數(shù)碼照片。 圖 2. (a) 在 OPAN/GO 懸浮液中以不同的初始 GO 比率制備的 PG 氣凝膠的表觀密度。插圖顯示了不同 PG 氣凝膠的尺寸。(b) PG 氣凝膠的 XRD 圖。(c) PG 氣凝膠的 (002) 衍射角和 FWHM 圖。

中科潤資研究人員根據(jù)高溫環(huán)境下熱量傳遞的特點(diǎn)，針對性地對高溫?zé)彷椛涞淖钃跣?yīng)進(jìn)行增強(qiáng)設(shè)計，應(yīng)用大目數(shù)小直徑金屬氧化物顆粒在氣凝膠內(nèi)部進(jìn)行間隙固溶分布，并調(diào)整了氣凝膠介孔的大小和比表面積，構(gòu)建起一張張“遮陽板”，極大地增強(qiáng)了氣凝膠復(fù)合材料對高溫輻射的反射效應(yīng)，同時改變纖維分布情況，根據(jù)輻射熱傳遞特點(diǎn)，改善材料的各向異性，從而有效地阻礙了熱輻射傳遞。

多孔支架與 PCM相結(jié)合是防止相變過程中泄漏的有效方法。在之前發(fā)表的研究中，多孔支架在防止相變材料泄漏方面取得了優(yōu)異的效果。但這些多孔支架的不可生物降解性會對環(huán)境造成負(fù)面影響，因此許多研究人員將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了基于生物質(zhì)材料的支架。然而，有機(jī)PCMs的導(dǎo)熱性差也極大地限制了纖維素/有機(jī)PCMs復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用。

其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有高比表面積(SSA)、極高孔隙率、超低密度、低導(dǎo)熱系數(shù)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(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。硅基氣凝膠因其導(dǎo)熱系數(shù)低、熱穩(wěn)定性強(qiáng)而被廣泛用作輕質(zhì)保溫材料，現(xiàn)已顯示出巨大的商業(yè)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(dǎo)熱性的多孔材料，因其優(yōu)異的保溫性能而越來越受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。

三維(3D)多孔氣凝膠由于其低密度和高孔隙率而被設(shè)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(dǎo)熱系數(shù)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(shù)商用產(chǎn)品在白天的熱導(dǎo)率低，絕緣性能差，太陽光反射率和熱發(fā)射率小。

氣凝膠具有高度多孔的微觀結(jié)構(gòu)，空氣體積為85~99.8%，具有由松散堆積和粘合的顆粒或纖維組成的珍珠項(xiàng)鏈狀網(wǎng)絡(luò)。這種獨(dú)特的布局使氣凝膠成為最輕的固體材料(0.16mg/cm 3)，具有僅次于真空絕熱板的第二好的隔熱性能。早在1990年，氣凝膠就被認(rèn)為是21世紀(jì)的“奇跡材料”，并被列為可能改變世界的十大最有前景的科技研究主題之一。

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(nèi)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)在0.030-0.090W/(mK)之間。傳統(tǒng)保溫材料已經(jīng)不能滿足下一代建筑的節(jié)能要求。先進(jìn)的隔熱材料，如氣凝膠，是一類具有超低導(dǎo)熱性的多孔輕質(zhì)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(jī)械強(qiáng)度，并且需要額外的結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行加固。目前，單一功能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)無法滿足下一代建筑的能源效率。

此外，MXene/PINF氣凝膠還表現(xiàn)出較低的導(dǎo)熱率和優(yōu)異的壓縮性能，使其適合在特種服役環(huán)境中使用。

因此，開發(fā)具有高孔隙體積和低導(dǎo)熱系數(shù)的氣凝膠纖維是理想的用于個人隔熱和調(diào)節(jié)的熱調(diào)節(jié)材料。氣凝膠是一種具有多孔結(jié)構(gòu)和大表面積的材料。近年來，氣凝膠纖維作為理想的高多孔性絕緣纖維的出現(xiàn)引發(fā)了大量的研究，產(chǎn)生了各種氣凝膠纖維的設(shè)計和生產(chǎn)。由氣凝膠纖維編織的織物具有優(yōu)異的性能，如優(yōu)異的透氣性和隔熱性。

新興的氣凝膠纖維/織物繼承了氣凝膠的三維多孔結(jié)構(gòu)和纖維的柔韌性，以其輕質(zhì)、高孔隙率和多集成功能在智能溫控紡織品中顯示出巨大的潛力。高孔隙結(jié)構(gòu)可以使氣凝膠纖維具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)(23-50 mW/mK)，極大地抑制了熱損失。因此，氣凝膠纖維及其復(fù)合織物在個人熱管理方面顯示出巨大的潛力。

總結(jié)：該文采用單向冷凍鑄造技術(shù)制備了各向異性氮化硼納米片(BNNs)/聚乙烯醇復(fù)合氣凝膠。與傳統(tǒng)氧化硅或氧化鋁基氣凝膠中相互連接的各向同性納米顆粒形成的開孔結(jié)構(gòu)不同，二維BNNS可以將氣凝膠分隔成獨(dú)立的細(xì)胞，有效減少空氣傳導(dǎo)和對流，從而實(shí)現(xiàn)超低導(dǎo)熱。得益于BNNs排列的多孔結(jié)構(gòu)，具有最佳BNNS含量的復(fù)合氣凝膠在具有20.3 mW/mK的超低導(dǎo)熱系數(shù)。

此外，熱力學(xué)和化學(xué)還原方法都會破壞多孔結(jié)構(gòu)，從而限制了獨(dú)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(dǎo)電性材料，與氧化石墨烯或還原氧化石墨烯結(jié)合形成復(fù)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(fù)雜的3D打印相比，定向凍結(jié)是一種更受歡迎的方法。

例如，具有三維納米互穿網(wǎng)絡(luò)的二氧化硅氣凝膠和二氧化硅/纖維素氣凝膠具有高強(qiáng)度、高剛性、低導(dǎo)熱性和穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)。Yu等人提出了一種新的合成策略，用于苯酚-甲醛(PFR)樹脂與SA的共聚和納米級相分離，展示了一個二元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見圖16)，其結(jié)構(gòu)域尺寸小于20 nm。

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(dǎo)熱系數(shù)、高比表面積、強(qiáng)吸附能力等特點(diǎn)，已發(fā)展成為一種理想的材料家族，應(yīng)用于隔熱、儲能、催化、傳感器、環(huán)境修復(fù)等各種新興領(lǐng)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(jié)構(gòu)簡單的氣凝膠已經(jīng)得到了大量的研究，但迫切需要具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氣凝膠來突破性能極限，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

因?yàn)?em>氣凝膠是由無數(shù)片石墨烯像積木一樣堆疊而成，中間有很多的空隙，多孔材料導(dǎo)熱能力差，導(dǎo)熱系數(shù)低，因此隔熱效果好；但氣凝膠同時又是碳材料，具有耐高溫的特性，可用在高溫隔熱方面的應(yīng)用。

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(dǎo)熱性和低密度等優(yōu)異特性，近年來受到越來越多的關(guān)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(lǐng)域的應(yīng)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(xiàn)出較差的力學(xué)性能。

與純KF相比，KF- PVA - BGP氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)降低到0.0531 W/mK，抗壓強(qiáng)度提高到1.64 MPa。同時，阻燃交聯(lián)劑BGP的摻入促進(jìn)了KF-PVA氣凝膠的降解和炭化，并在分解過程中釋放出大量惰性氣體，有效地發(fā)揮了凝聚相和氣相的阻燃作用。此外，與商用PS保溫板相比，KF-PVA-BGP復(fù)合材料除了具有優(yōu)異的保溫和防火性能外，還具有可回收、可持續(xù)和可生物降解的特點(diǎn)。

02成果掠影 近期，天津大學(xué)封偉教授課題組采用水熱還原和原位焊接的實(shí)驗(yàn)方法，成功制備了一種超彈性聚酰亞胺纖維/石墨烯氣凝膠（PINF/GA），系統(tǒng)性地研究了該復(fù)合氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能，并通過簡便的方法將其應(yīng)用于柔性觸覺傳感陣列，測試了其對未知物體形貌和溫度同時感知的能力。

如纖維、金屬、氣凝膠、泡沫等各種先進(jìn)材料已被用于保溫，防止人體的熱量損失。特別是氣凝膠，其熱導(dǎo)率低至15 mW/mK，表現(xiàn)出優(yōu)越的保溫能力。這種優(yōu)異的性能可歸因于高孔隙率(>90%)、相互連接的多孔納米結(jié)構(gòu)和孔徑低于氣體分子的平均自由程。這些固有特性使氣凝膠能夠有效地防止熱傳遞。然而，零維氣凝膠粉末具有固有的脆性和吸濕性缺點(diǎn)，限制了其可穿戴應(yīng)用。

02 成果掠影近日，東華大學(xué)朱美芳院士團(tuán)隊設(shè)計并構(gòu)筑了“多孔磚和纖維”結(jié)構(gòu)的仿貝殼納米復(fù)合氣凝膠（SCQs），通過在層狀纖維素納米纖維凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位生長介孔無機(jī)礦物來實(shí)現(xiàn)。基于跨維度、跨尺度的結(jié)構(gòu)適配工作原理，該有機(jī)無機(jī)納米復(fù)合SCQs在環(huán)境壓力干燥過程中具有快速結(jié)構(gòu)回復(fù)能力，為氣凝膠材料的低成本規(guī)模化制備奠定基礎(chǔ)。