硬-软协同作用的气凝胶纤维/纳米网触发了可拉伸纤维/氧化石墨烯超气凝胶的生成，从而实现了高性能的个人加热系统

《Materials Today》：Stiff-Soft synergistic aerogel fibers/nanonets triggered stretchable fiber/graphene oxide meta-aerogel for high-performance personal heating

一种基于3D电纺/网成型自组装技术的拓扑meta-气凝胶被成功制备，其结构由~2μm的刚性气凝胶纤维和~140nm的柔性纳米网组成。该材料具有超过2000倍自重的拉伸性、耐1000次循环拉伸/压缩应变的能力，以及-196℃低温弹性恢复特性。通过多级孔结构（纤维-纳米网-纤维间隙）实现4.8mg/cm3超轻密度和24.3mW/m·K超低热导率，同时具备主动加热（升温4.1℃）和被动辐射调控功能，为全天候室内外个人供暖提供创新解决方案。

　　在当前全球气候变化加剧的背景下，极端寒冷天气的频发对人类的热舒适性提出了严峻挑战。为了应对这一问题，科学家们不断探索新的材料和技术，以实现更高效的热管理。其中，高性能气凝胶材料因其卓越的隔热性能和轻质特性，被视为解决这一难题的关键方向。然而，传统气凝胶材料在实现轻质、机械强度以及主动加热功能方面仍存在诸多限制。本文介绍了一种新型的可拉伸“meta”气凝胶材料，它通过三维电纺/网化自组装技术直接合成，具备独特的拓扑结构，能够同时满足热管理的多种需求。

这项研究的核心在于构建一种具有双网络结构的气凝胶材料。这种结构由刚性的气凝胶纤维和柔软的自组装纳米网络组成，能够有效增强材料的机械性能和热管理能力。通过调控电纺过程中带电液体从泰勒锥喷出时的变形和相变，研究人员成功实现了这种结构的形成。该材料表现出极高的拉伸能力（超过其自身重量的2000倍），在经历1000次30%拉伸应变和60%压缩应变后仍能保持良好的恢复性能，甚至在-196℃的极低温环境下也能实现弹性恢复。这种独特的结构设计不仅赋予了材料优异的热稳定性，还使其具备高效的隔热性能，其热导率仅为24.3 mW m?1 K?1，同时保持了极低的密度（4.8 mg cm?3）。

此外，这种新型“meta”气凝胶材料还集成了被动和主动加热功能，能够有效地提升人体皮肤温度4.1℃，从而为全天候、室内外场景下的个人加热提供了理想的解决方案。相比传统材料，它不仅在热管理方面表现出色，还具备更广泛的适用性，能够适应不同的环境和需求。这种材料的出现，标志着在气凝胶领域迈出了重要的一步，为未来各种热管理应用提供了新的可能性。

在实际应用中，这种“meta”气凝胶材料的优势体现在多个方面。首先，其轻质特性使其适用于对重量敏感的场景，如户外装备、服装、以及便携式设备。其次，其高机械强度和良好的可拉伸性，使其能够承受复杂的物理环境变化，例如在极端温度下仍能保持结构完整性。再者，其高效的隔热性能和主动加热能力，能够有效减少热量流失，提升人体的热舒适性。此外，这种材料还具备良好的热辐射控制能力，能够减少红外辐射造成的热量损失，从而进一步提高其在寒冷环境下的应用价值。

在材料合成方面，研究人员采用了先进的电纺/网化自组装技术，这一技术能够直接生成具有三维结构的气凝胶材料。通过调控电纺过程中溶剂（N,N-二甲基甲酰胺，DMF）和非溶剂（水分子）的双扩散行为，研究人员成功实现了气凝胶纤维的快速相分离和固化。与此同时，独特的网化技术使得喷出的液体能够形成均匀的纳米网络结构，从而构建出具有双重网络的“meta”气凝胶。这种结构不仅增强了材料的机械性能，还优化了其热传导和热辐射控制能力，使其在多种环境下都能保持良好的性能。

为了进一步提升材料的性能，研究人员还对材料的微观结构进行了深入研究。通过分析气凝胶纤维、纳米网络以及纤维之间孔隙的层次结构，他们发现这种材料的多级孔隙结构是其优异性能的关键因素。这种结构不仅提供了丰富的孔隙空间，增强了材料的隔热能力，还使其具备良好的轻质特性，同时保持了较高的机械强度。此外，这种材料的表面结构也经过优化，使其能够更好地适应人体接触的需求，提高舒适性和实用性。

在实际应用中，这种“meta”气凝胶材料展现出巨大的潜力。它不仅可以用于传统的热管理领域，如建筑隔热、保温服装等，还可以拓展到更广泛的场景，如智能穿戴设备、可穿戴式加热系统等。在极端寒冷环境下，这种材料能够有效减少热量流失，同时具备主动加热功能，为人体提供持续的温暖。此外，其可拉伸性和可压缩性也使其适用于动态变化的环境，如运动服装、户外装备等，能够更好地适应人体活动的需求。

在研究过程中，研究人员还对材料的制备工艺进行了优化。传统的电纺技术往往导致材料的孔隙结构不均匀，影响其热管理性能。而通过引入网化技术，研究人员成功实现了材料的均匀结构，提高了其在实际应用中的可靠性。此外，他们还对材料的制备过程进行了简化，使得大规模生产和应用成为可能。这种改进不仅降低了生产成本，还提高了材料的可获得性，使其能够更广泛地应用于实际场景。

在材料的性能测试中，研究人员采用了多种实验手段，包括拉伸测试、压缩测试、热导率测试等。结果显示，这种“meta”气凝胶材料在拉伸和压缩过程中表现出优异的机械性能，其拉伸能力远超传统材料，压缩能力也达到80%应变。同时，其热导率低至24.3 mW m?1 K?1，显示出出色的隔热性能。此外，该材料在极端低温环境下仍能保持良好的弹性恢复能力，表明其具备良好的热稳定性。

在热管理方面，这种材料不仅具备被动隔热功能，还能够主动加热。通过调节材料的结构和成分，研究人员成功实现了材料的被动和主动加热功能。这种功能使得材料能够在寒冷环境下为人体提供持续的温暖，而无需外部能源输入。此外，材料的热辐射控制能力也得到了显著提升，能够有效减少红外辐射造成的热量损失，从而进一步提高其热管理效率。

在材料的应用前景方面，这种“meta”气凝胶材料展现出广阔的发展空间。它不仅能够用于传统的热管理领域，如建筑、服装等，还可以拓展到更先进的应用场景，如智能穿戴设备、便携式加热系统等。此外，其轻质、高机械强度和优异的热管理性能，使其成为一种理想的材料，能够满足各种环境下的需求。这种材料的出现，为未来的热管理技术提供了新的思路和方向，也为可持续发展提供了有力支持。

在研究过程中，研究人员还对材料的可持续性进行了探讨。传统的热管理材料往往需要大量的能源输入和复杂的生产过程，而这种“meta”气凝胶材料则通过优化结构和制备工艺，降低了能源消耗和生产成本。此外，其材料成分也经过选择，使其具备良好的环保性能，能够减少对环境的影响。这种可持续性的提升，使得该材料不仅在性能上表现出色，还在环保和经济性方面具备优势。

总的来说，这项研究通过创新的材料设计和制备技术，成功开发出一种新型的“meta”气凝胶材料，该材料在热管理方面表现出色，具备轻质、高机械强度、优异的隔热性能以及主动加热功能。这种材料的出现，不仅为解决极端寒冷环境下的热舒适性问题提供了新的解决方案，还为未来的热管理技术发展奠定了坚实的基础。同时，其在环保和经济性方面的优势，也使其成为一种具有广泛应用前景的材料。