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03 圖文導(dǎo)讀 圖1 納米復(fù)合氣凝膠設(shè)計(jì)原則 圖2 納米復(fù)合氣凝膠仿貝殼結(jié)構(gòu) 圖3 納米復(fù)合氣凝膠抗壓性能 圖4 納米復(fù)合氣凝膠的恒溫力學(xué)性能 圖5 納米復(fù)合氣凝膠高絕熱性能

該氣凝膠彈簧由大量相互交織的3C-SiC 納米纖維組成，具有穩(wěn)定的三維(3D)結(jié)構(gòu)，并且具有超薄、超輕和可壓縮性，密度僅為9mg/cm3，此外，氣凝膠彈簧還具有良好的阻燃性，在高、低溫下均具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性和超低導(dǎo)熱性，20℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.029 W/(m·K)。

(a) MXene/PINF氣凝膠在環(huán)境溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)； (b) MXene/PINF氣凝膠的紅外圖像；(c) 用酒精火焰加熱的非洲百子蓮照片；（d）不同氣凝膠（ANF：芳綸納米纖維；NF：納米纖維；CS：殼聚糖；MT：蒙脫石；CNT：碳納米管；CNF：纖維素納米纖維）的隔熱性能比較。★ 平臺(tái)聲明部分素材源自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有。

02成果掠影近期，東華大學(xué)丁彬教授和張世超研究員團(tuán)隊(duì)針對開發(fā)具有優(yōu)異保溫性能的氣凝膠納米纖維膜取得最新進(jìn)展。該文通過非均質(zhì)靜電紡絲和水分誘導(dǎo)溶液鑄造相結(jié)合的策略來創(chuàng)建分層細(xì)胞結(jié)構(gòu)的氣凝膠微/納米纖維膜(CAMMs)，以實(shí)現(xiàn)舒適的抗風(fēng)保暖。

此外，熱力學(xué)和化學(xué)還原方法都會(huì)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。

本文介紹了納米復(fù)合材料的發(fā)展歷史，討論了影響納米復(fù)合材料導(dǎo)熱性和機(jī)械強(qiáng)度的主要因素。總結(jié)了SA-TIMs的性能優(yōu)化策略，包括成分優(yōu)化和微觀結(jié)構(gòu)重構(gòu)。特別注意了在調(diào)整SA-TIMs的組成和微觀結(jié)構(gòu)方面的最新進(jìn)展，以促進(jìn)其在工業(yè)技術(shù)中的發(fā)展。

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(jí)相分離，展示了一個(gè)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。

(a-i) CCNF/碳納米材料氣凝膠的數(shù)字圖像和(m和n) CCNF/碳納米材料氣凝膠煅燒后的氣凝膠。圖3. CCNF/碳納米材料氣凝膠的SEM圖像。圖4. 氣凝膠的力學(xué)性能。圖5. ΔT-stable的CCNF/碳納米材料氣凝膠在200℃。圖6.

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)。

與傳統(tǒng)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(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 W/mK的超低導(dǎo)熱系數(shù)。此外，BNNS還具有高的折射率，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的SiO2(~1.47)和Al2O3(~1.77)納米粒子。

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(xué)特性，以便賦予其卓越的強(qiáng)度和高韌性，仍然是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)性的難題。通過定向致密化和碳化，具有優(yōu)先構(gòu)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(jī)械強(qiáng)度和電導(dǎo)率都得到了顯著提高此外，相對于孔隙隨機(jī)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(jīng)定向冷凍干燥后的力學(xué)性能得到了顯著提高。

02成果掠影 近期，東南大學(xué)佘偉教授聯(lián)合普渡大學(xué)李恬教授團(tuán)隊(duì)，受堅(jiān)固多孔的墨魚骨骼的啟發(fā)，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(fā)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。

然而，使用通用的制造方法設(shè)計(jì)功能化的高性能聚合物氣凝膠纖維仍然是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。02成果掠影近期，中國科學(xué)院蘇州納米所王錦等與東南大學(xué)孫正明/張培根團(tuán)隊(duì)合作針對開發(fā)具有優(yōu)異隔熱性的可穿戴氣凝膠纖維織物取得最新進(jìn)展。本文提出了一種使用交聯(lián)納米纖維構(gòu)建塊創(chuàng)建聚合物氣凝膠纖維的通用策略。這種方法結(jié)合了受控質(zhì)子吸收膠凝紡絲和熱誘導(dǎo)交聯(lián)過程。

正性光刻膠響應(yīng)波長為330-430納米，膠膜厚為1-3微米。負(fù)性光刻膠在紫外線等曝光源的照射下，將圖形轉(zhuǎn)移至光膠涂層上，在顯影溶液的作用下，負(fù)性光刻膠曝光部分產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)而不溶于顯影液；未曝光部分溶于顯影液，將與掩膜上相反的圖形復(fù)制到襯底上。負(fù)性光刻膠響應(yīng)波長為 330-430 納米，膠膜厚0.3-1微米。正性光刻膠的分辨率更高，無溶脹現(xiàn)象。因此，正性光刻膠的應(yīng)用比負(fù)性光刻膠更為普及。圖2.

02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(shè)計(jì)合成了系列具有不同光學(xué)性能（包括不同太陽光透過率和中遠(yuǎn)紅外發(fā)射率）的氧化硅氣凝膠，系統(tǒng)研究了自然環(huán)境下氧化硅氣凝膠的熱管理性能。當(dāng)二氧化硅氣凝膠用于熱管理時(shí)，隔熱始終是唯一的考慮因素。

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(chǔ)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。

采用定向冷凍干燥法和烷基化反應(yīng)法制備了木片激發(fā)纖維素納米晶氣凝膠，同時(shí)提高了木片激發(fā)纖維素納米晶氣凝膠的防漏和浸漬性能。為了提高STA-EGaIn的導(dǎo)熱性能和光熱性能，引入MoS2來降低STA-EGaIn的界面熱阻，調(diào)整EGaIn基相變儲(chǔ)能復(fù)合材料的光吸收性能。所得復(fù)合材料具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能、高相變焓、防泄漏性能和增強(qiáng)的導(dǎo)熱性。

模板壽命低，更換成本高：不管是DUV光刻、EUV光刻還是納米壓印，最貴的耗材都是掩膜版或者壓印模板。納米壓印的模板，因?yàn)槭切枰苯咏佑|壓印膠工作的，在接觸的過程中，難免會(huì)有各種各樣的損傷或者污染，縮短模板壽命。 對準(zhǔn)復(fù)雜：壓印模板需要與承載壓印膠的基臺(tái)精確對準(zhǔn)與貼合，需要精密的機(jī)械裝置配合檢測設(shè)備實(shí)施壓印過程。然而現(xiàn)有納米壓印設(shè)備在平行與垂直對準(zhǔn)方面缺少高精密的調(diào)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。

此碳化硅氣凝膠復(fù)合材料的制備方法簡單且設(shè)計(jì)自由度高。3D打印可以實(shí)現(xiàn)成分和結(jié)構(gòu)的高設(shè)計(jì)性，后續(xù)燒結(jié)過程中碳化硅納米線原位生長又避免了單獨(dú)制備氣凝膠的繁瑣步驟。研究成果以“3D-Printed Mullite-Reinforced SiC-Based Aerogel Composites” 為題發(fā)表在《Small》期刊。

圖3.氣凝膠的SEM圖像,(a).rGO納米片;(b) rGO-VG納米片;(c, d)還原氧化石墨烯納米片表面VGs的形貌;(e)rGO- CNT納米片;(f)CNTs;(g) rGO-CNT-VG納米片;(h) CNT-VG;(i, j) rGO/CNT的異質(zhì)界面;(k, l) CNT/VG的異構(gòu)接口; (m)rGO/CNT和 (n)CNT/VG連接處示意圖。