基于环糊精的双交联网络气凝胶：绿色阻燃与降噪性能的协同增强

针对生物质多孔材料易燃性和降噪性能不足的问题，研究人员以环糊精(CD)、海藻酸钠(Alg)和植酸(PA)为原料，通过冷冻干燥技术制备了PCD/Alg/PA气凝胶。该材料通过双物理-化学交联网络和PA的协同作用，实现了极限氧指数(LOI)50.7%、总热释放(THR)0.7 MJ/m2的优异阻燃性，同时在1200-6400 Hz频段吸声系数>0.85，为环保型多功能材料开发提供了新思路。

　　

随着全球对可持续材料需求的增长，生物质多孔材料因其轻质、高孔隙率等特性备受关注。然而，这类材料普遍存在易燃隐患和降噪性能不足的短板，严重制约其在建筑、交通等领域的应用。传统解决方案往往以牺牲环境友好性为代价——或依赖化石基材料，或添加不可降解的阻燃剂。如何开发兼具阻燃性、宽频降噪能力和完全生物基特性的材料，成为当前研究的重大挑战。

四川大学的研究团队创新性地将环糊精(CD)的分子腔结构、海藻酸钠(Alg)的成胶特性与植酸(PA)的阻燃功能相结合，通过冷冻干燥法制备出PCD/Alg/PA双交联网络气凝胶。这项发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的研究显示，该材料不仅极限氧指数(LOI)高达50.7%，更在1200-6400 Hz宽频范围内实现>0.85的吸声系数，突破了生物质材料性能瓶颈。

研究采用三大关键技术：1) 环氧氯丙烷交联制备P-β-CD(PCD)的化学修饰；2) 物理氢键与化学酯化双交联网络的构建；3) 定向冷冻干燥调控多级孔结构。通过系统优化PA添加量(0-40 wt%)，实现了材料微观结构与宏观性能的精准调控。

【Preparation and basic characterization】
显微分析显示，PA的引入使气凝胶平均孔径从115.4 μm降至70.3 μm，形成更致密的微纳分级孔结构。FTIR证实PA的磷酸基团与CD/Alg形成氢键网络，同时发生酯化反应构建化学交联，双网络协同使压缩模量提升至2.8 MPa。

【Flame-retardant properties】
锥形量热测试表明，40% PA含量的样品热释放速率峰值(PHRR)较空白组降低89.2%，THR仅0.7 MJ/m²。燃烧后残炭的XPS分析揭示PA促进形成富含磷-碳交联的致密炭层，其绝热效应有效阻隔热量传递。

【Noise reduction performance】
阻抗管测试显示，材料在1200-6400 Hz频段吸声系数突破0.85。研究首次阐明CD纳米空腔可捕获低频声波，而分级孔隙通过黏滞耗散作用衰减中高频噪声，这种"分子-微观"双尺度机制实现了宽频降噪。

该研究开创性地通过生物分子自组装策略，解决了阻燃与降噪的性能矛盾。其科学价值体现在三方面：1) 阐明PA在催化成炭与网络增强中的双重作用机制；2) 揭示CD空腔结构对低频声波的独特耗散规律；3) 建立可规模化的绿色制备工艺。作为完全生物基材料，PCD/Alg/PA气凝胶在高铁隔音、智能建筑等领域展现巨大应用潜力，为"双碳"目标下的材料设计提供了范式转移。研究团队特别指出，该技术原料成本不足传统材料的30%，且工艺兼容现有生产线，具备快速产业化的优势。