低收缩热超绝缘纳米纤维凝胶糖气凝胶的绿色制备与性能研究

《Carbohydrate Polymers》：Thermally super-insulating nanofibrous curdlan aerogels with low shrinkage

本文报道了通过热诱导凝胶化、溶剂交换和超临界CO2干燥技术成功制备出具有低收缩率（<8%）、低密度（17.9-58.7 mg cm?3）和超低热导率（21.6-25.1 mW m?1 K?1）的纯凝胶糖纳米纤维气凝胶。该研究通过梯度甲醇/乙醇交换优化了多级孔道结构，为生物多糖气凝胶在热绝缘领域的应用提供了新策略。

　　

亮点

材料

凝胶糖（CUR，分子量M_w：55704 Da）购自上海源叶生物科技有限公司。实验样品中凝胶糖纯度≥85%，杂质多糖含少量半乳糖（≤5%）和甘露糖（≤10%）。该白色粉末可溶于二甲基亚砜（DMSO，溶解度10 mg mL^?1）和0.1 mol L^?1氢氧化钠（NaOH）溶液（溶解度1 mg mL^?1）。

凝胶糖凝胶的制备

图1展示了凝胶糖气凝胶的形成过程（注：图示说明已省略）。凝胶糖分子链富含羟基，能形成强氢键作用，其三重螺旋构象在溶液中呈现复杂机制。为研究纯凝胶糖气凝胶特性，本研究未添加化学交联剂，也未使用酸、碱或强极性溶剂，仅通过热诱导自组装形成水凝胶。具体步骤：将凝胶糖粉末加入去离子水，室温搅拌形成悬浮液后，在90°C水浴中加热搅拌形成透明溶胶，冷却后得弹性水凝胶。

结论

通过纯凝胶糖的热诱导自组装，无需交联剂即成功制备水凝胶。采用甲醇/乙醇梯度交换策略（利用溶剂亲和性差异）有效控制凝胶收缩，结合超临界CO₂干燥技术完美保留纤维网络结构。所得凝胶糖气凝胶具有双模式孔径分布（纳米纤维交织形成大孔+纤维间中孔），展现出卓越的热绝缘性能（热导率低至21.6 mW m^?1 K^?1）和机械韧性，为生物医学和食品领域的绿色隔热材料开发提供了新思路。

作者贡献声明

周宇勋： 原创写作、方法论、形式分析、数据整理、概念化。刘文晓： 方法论、形式分析、数据整理。刘迪： 方法论、形式分析、数据整理。王金斌： 验证、监督、资金获取。孙志芳： 评审编辑、验证、监督、方法论、资金获取、形式分析、数据整理、概念化。

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

致谢

本研究受国家自然科学基金（编号21905002）和湘潭大学先进气凝胶项目启动经费（84KZ-KZ08086）资助。