气凝胶近期顶刊十大研发成果！

1、《AFM》：气凝胶隔热保温新机制及其按需热管理调控，助力建筑节能减排“Optical Design of Silica Aerogels for On-Demand Thermal Management”

气凝胶最具代表性的应用为隔热保温，其超低热导率往往是解释气凝胶优异热管理性能的首要因素。然而，越来越多的研究表明，气凝胶在户外应用时，其与环境的热交换产生的热效应可能远大于低热导率的影响，即被动太阳光加热、辐射致冷以及热传导对气凝胶的热管理行为起到同等重要的作用。 

中科院苏州纳米所王锦等人设计合成了系列具有不同光学性能（包括不同太阳光透过率和中远红外发射率）的氧化硅气凝胶，系统研究了自然环境下氧化硅气凝胶的热管理行为，该工作不仅发现氧化硅气凝胶的“怪异”热管理行为，而且揭示了其原因，并在此基础之上提出了气凝胶隔热保温新机制及其调控策略，最终实现氧化硅气凝胶的按需热管理调控。相关研究结果有助于重新认识近百年发展史的氧化硅气凝胶，为充分发挥气凝胶的极致热管理能力提供重要参考和调控策略，特别为自然环境下最大发挥气凝胶的隔热保温性能提供设计原理，为如何使用气凝胶、完美实现气凝胶的热管理行为、以及助力建筑节能减排提供科学依据和解决方案。

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https://doi.org/10.1002/adfm.202300441

2、《AFM》：在超高温下具有强隔热性能的热响应气凝胶“Thermo-responsive self-ceramifiable robust aerogel with exceptional strengthening and thermal insulating performance at ultrahigh temperatures”

高效隔热材料对处于极端热环境中的人员和财产安全防护起着至关重要的作用。开发一种普通条件下具有优异力学性能，高温下具有高强度与高温隔热性能的气凝胶仍然是极端环境隔热材料领域的巨大挑战。

四川大学赵海波教授团队报道了一种耐极端环境的热响应高温可陶瓷化聚合物基气凝胶。该工作以明胶与硅氧烷构筑气凝胶基材，进一步引入陶瓷化填料（MMT/mica与APP/ZB），制备得到一种具有化学/物理双交联网络结构的可陶瓷化气凝胶（GT-mM-AZn）。该气凝胶在普通环境下具有优异的力学性能与可加工性能，在高温下发生陶瓷化反应转变生成高强度的陶瓷体结构，高温处理后力学强度不仅不降低反而成倍增加，维持高温下材料的多孔结构不坍塌，具有优异的阻燃性、耐极端热环境性与高温隔热性。该工作为开发用于极端热环境下的高效、高强度的热防护聚合物基气凝胶提供了新的思路和策略。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202214913

3、《AFM》:受荷叶柄启发的石墨烯//PNAGA气凝胶太阳能蒸发器，用于水净化“A Lotus-Petiole-Inspired Hierarchical Design with Hydrophilic/Hydrophobic Management for Enhanced Solar Water Purification”

在荷叶柄优异的泵送和自清洁能力的启发下，通过精确调整微观结构和润湿性，rGO/PNAGA 气凝胶 （GPA） 太阳能蒸发器在一次太阳照射（1 kW m−2）下，蒸发率高达3.4 kg m−2 h−1，能量转换效率≈93%，明显超过具有类似成分的碳基气凝胶。

东北大学Xiangyu Li、清华大学Lin Feng等研究人员受荷叶柄特征的启发，报告了一种润湿性增强的太阳能蒸汽产生，该气凝胶含有嵌入聚（N-丙烯酰基甘氨酰胺）（PNAGA）的还原氧化石墨烯（rGO）片阵列。作者选择rGO源于其出色的可加工性和兼容性，可轻松制造成三维和对齐的层状框架。因此，它可以在相关长度尺度上模仿荷叶柄，以促进水-空气运输并补充蒸发表面。作者的研究为满足可持续和全面的水净化系统开发的技术差距提供了可能性，这应该为能源 - 水 - 环境关系中的其他先进材料提供更多提升选择。

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https://doi.org/10.1002/adfm.202302019

4、《AM》：仿贝壳纳米复合气凝胶——面向极端环境使役的热防护材料“Nacre-Mimetic Nanocomposite Aerogels with Exceptional Mechanical Performance for Thermal Superinsulation at Extreme Conditions”

极端环境（如深空和深海）对气凝胶材料的热防护性能提出了更高要求：一方面，气凝胶需兼具超低热导率（< 20 mW m-1K-1）和优异力学性能（高刚性、高柔性、超弹性等）；另一方面，需突破低成本和易规模化的气凝胶制备技术，也让原本艰巨的任务变得更加困难。

东华大学朱美芳院士团队设计并构筑了“多孔砖和纤维”结构的仿贝壳纳米复合气凝胶（SCQs），通过在层状纤维素纳米纤维凝胶网络中原位生长介孔无机矿物来实现。基于跨维度、跨尺度的结构适配工作原理，该有机无机纳米复合SCQs在环境压力干燥过程中具有快速结构回复能力，为气凝胶材料的低成本规模化制备奠定基础。该工作所制备的纳米复合气凝胶集成了气凝胶材料高绝热性能、高压缩刚度、超弹性、高弯曲柔性、良好的抗冲击性和低成本易规模化制备等挑战性需求，有望替代航空航天领域常用的多层隔热毡，并用于航天器和宇航员的热防护。

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https://doi.org/10.1002/adma.202300813

5、《Adv. Sci.》：超弹性碳化蘑菇气凝胶，可治疗失控性出血“Super-Elastic Carbonized Mushroom Aerogel for Management of Uncontrolled Hemorrhage”

院前创伤患者潜在可预防的死亡最常见原因是无法控制出血。目前很少有止血材料能同时实现安全、高效的快速止血。

南昌大学的万文兵、中国科学院大学Shixuan Chen、温州医科大学潘景业教授团队进行了用于治疗不受控制出血的超弹性碳化蘑菇气凝胶的相关研究。本文开发了新的碳化纤维素基气凝胶止血材料，可用于处理不可压缩性躯干出血。在体外，具有多孔结构的碳化纤维素气凝胶显示出良好的亲水性、良好的血液吸收和凝固能力，以及在潮湿条件下快速形状恢复能力。最后，碳化气凝胶在体外和体内研究中都显示出有效的止血能力。未来的研究可能通过引入氧化石墨烯、冰冻凝胶或其他形状记忆材料来提高形状恢复能力。同时可通过使材料带正电或负电，或与止血粉（如高岭土、ZEO-LITE）混合，来提高气凝胶的止血能力。纤维素和混合纤维素止血材料在治疗NCTH方面很有前景。极端环境（如深空和深海）对气凝胶材料的热防护性能提出了更高要求：一方面，气凝胶需兼具超低热导率（< 20 mW m-1K-1）和优异力学性能（高刚性、高柔性、超弹性等）；另一方面，需突破低成本和易规模化的气凝胶制备技术，也让原本艰巨的任务变得更加困难。

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https://doi.org/10.1002/advs.202207347

6、《JMST》：一种新型的用于电池热管理的导热气凝胶材料“A strategy for constructing 3D ordered boron nitride aerogels-based thermally conductive phase change composites for battery thermal management”

先进电子设备中的中央处理器(CPU)和射频(RF)芯片的快速发展，芯片逐渐向集成化，微型化发展，导致功率密度的增加，因此使器件在工作的过程中产生大量的热量。相变材料(PCM)可以通过相变过程吸收和释放热能，基于PCM的热管理能力，PCM在太阳能储能、建筑保温等方面得到了广泛的应用。有机相变材料，尤其是聚乙二醇(PEG)，因其相变焓高、耐腐蚀、化学稳定性高等特点，近年来备受关注。然而，纯PEG的低固有导热系数限制了其实际应用。因此，同时实现高导热、高相变焓和良好形状稳定性的复合PCM仍然具有挑战性。

兰州大学拜永孝教授团队在用于热管理的复合相变材料方面取得了最新研究进展。针对相变材料导热系数低、易泄漏、热稳定性差等缺点，该团队提出通过构建仿生叶脉状三维(3D)结构的氮化硼(BN)并浸渍聚乙二醇(PEG)制备相变复合材料，该材料在低填料含量下，综合性能得到了明显提高。在红外摄像机下复合PCM表现出了优异的电池热管理性能，这表明该材料在电池热管理方面具有很大的潜力。

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https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.03.021

7、《CEJ》：一种基于高性能智能纤维素杂化气凝胶纤维的多功能纺织品“High-performance smart cellulose nanohybrid aerogel fibers as a platform toward multifunctional textiles”

智能纤维能够对外部刺激（如热、电、机械和湿度）做出实时多功能响应，并提供电磁干扰屏蔽以及能量存储/转换功能，是可穿戴电子产品和智能纺织品的基本组成单元。可穿戴电子产品和智能纺织品作为一种新型通信平台，在医疗保健、工作服、运动服、能源和军事等许多领域有巨大的应用潜力。因此，开发线材或纤维形式的轻质柔性电子设备并将其集成到纺织品中越来越重要。然而，基于生物质材料设计具有智能化以及集成化功能的柔性高强度智能纤维仍然是一个挑战。

华南理工大学轻工科学与工程学院祁海松教授课题组和赣南师范大学李星星教授通过湿法纺丝工艺将综纤维素纳米纤维分散在纤维素溶液中，制备了可生物降解的柔性纤维素基杂化气凝胶智能纤维。其具有高比表面积和三维多孔网络结构，表现出了优异的隔热和热管理性能。在添加碳纳米管后，材料与热点装置耦合后可以实现稳定可逆的太阳能发电以及电磁屏蔽性能。总的来说，智能多功能气凝胶纤维和纺织品有望应用于自主户外旅行和太空探索。

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https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143153

8、《AFM》：聚酰亚胺纤维/石墨烯气凝胶：原位缩合节点“焊接”，超弹形变力热可调“Hyperelastic Graphene Aerogels Reinforced by In-suit Welding Polyimide Nano Fiber with Leaf Skeleton Structure and Adjustable Thermal Conductivity for Morphology and Temperature Sensing”

石墨烯气凝胶具有规则的多孔结构、室温下的高载流子迁移率和优异的化学稳定性，在柔性触觉传感领域应用广泛。然而，由于石墨烯片层在反复压缩下容易发生滑动，石墨烯气凝胶的结构稳定性较差；并且现有的压缩应变传感器在应力作用下的传热性能变化尚不清楚，难以用于检测真实温度，使触觉传感技术的进一步发展面临诸多挑战。

天津大学封伟教授课题组采用水热还原和原位焊接的实验方法，成功制备了一种超弹性聚酰亚胺纤维/石墨烯气凝胶（PINF/GA），系统性地研究了该复合气凝胶的微观结构、力学性能和导热性能，并通过简便的方法将其应用于柔性触觉传感阵列，测试了其对未知物体形貌和温度同时感知的能力。研究结果表明，PINF/GA在柔性触觉传感、智能人机交互技术领域具有广泛的应用前景。该工作解决了三维石墨烯网络动态热调节能力差和弹性差的问题，可能对具有宽工作温度范围的柔性触觉传感器的设计产生深远影响。

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https://doi.org/10.1007/s42765-023-00268-6

9、《ACS Nano》：自适应、可调控MXene/RGO杂化气凝胶/相变/热致变色复材用于同步实现可见光和红外伪装“Adaptive and Adjustable MXene/Reduced Graphene Oxide Hybrid Aerogel Composites Integrated with Phase-Change Material and Thermochromic Coating for Synchronous Visible/Infrared Camouflages”

近年来，受变色龙和头足类动物启发，仿生可见光伪装一直被认为是伪装技术的必要手段。但是，随着红外隐身技术的发展，所有温度高于 0 K 的物体都无法逃避红外波段的探测，即使是可见光伪装的大师。虽然在可见光或红外范围内的单波段隐身技术已经取得了极大的进步，但是在复杂多变场景中同时应对跨越可见光和红外光谱的协同探测仍然具有挑战。

北京化工大学于中振教授和杨冬芝教授团队通过将各向异性的MXene/还原氧化石墨烯（RGO）杂化气凝胶与正十八烷相变材料以及热致变色油墨相结合，制备了一种集隔热，吸热，光/电热转换和热致变色于一体的三层复合材料（MGPT），实现了丛林和沙漠场景中同步的红外和可见光伪装。该复合材料通过协同各向异性气凝胶的隔热和正十八烷相变材料的吸热作用，抑制目标向环境辐射热量，最大限度地减少可探测的辐射能差，使目标与其环境的红外图像相融合。此外，源于RGO和MXene的光/电热转换效应不仅能够提高复合材料的表面温度使其与背景的高温相匹配，同时能够驱动颜色变化以适应周围环境，实现红外和可见光波段的双重伪装。例如，在夜间，复合材料利用隔热和吸热作用减小目标表面与其背景之间的辐射能量差，从而实现目标在红外波段的不可见性。在丛林中，除了红外隐身外，绿色的外观可以使目标在白天与周围环境难以区分。当移动到灼热的沙漠后，在太阳光加热和热致变色的帮助下，复合材料自适应地提高表面温度，同时伴随着从绿色到黄色的颜色变化，将目标隐藏于环境的红外图像和沙土背景中。这项研究为设计用于对抗复杂场景下多频段监测的具有自适应和可调控的一体化伪装材料提供了有前途的策略。

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https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00573

10、《CEJ》：受“蜘蛛网”启发的高性能交联聚酰亚胺气凝胶“Versatile spider-web-like cross-linked polyimide aerogel with tunable dielectric permittivity for highly sensitive flexible sensors”

聚酰亚胺气凝胶作为一种高性能工程材料，由于富含空气而表现出优异的隔热和低介电特性，广泛用于微电子工业领域。然而，常见的线性聚酰亚胺气凝胶在冷冻干燥和亚胺化过程中体积稳定性较差，易造成合成过程中样品的体积收缩和结构坍塌。因此，设计合成一种具有稳固结构的低介电-高隔热聚酰亚胺气凝胶是促进微电子工业的发展的有效路径。

北京科技大学查俊伟教授课题组设计了一种含有“类蜘蛛网”结构的交联聚酰亚胺气凝胶 （CPA）。区别于传统的聚酰亚胺气凝胶，这种基于仿生策略获得的交联聚酰亚胺气凝胶实现了低介电-高隔热-高传感多重性能的协调联控，设计合成的交联聚酰亚胺气凝胶可作为电子器件的理想衬底材料，为未来电介质材料的设计与研发提供了新思路，促进了聚酰亚胺在微电子工业领域的应用发展。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143034