气候变化和生物多样性丧失对地球环境和人类发展构成了重大威胁[1]。减少对化石资源的依赖并开发可再生资源是化学和聚合物产业可持续发展的必然选择[2,3]。生物质作为自然界的主要组成部分，是地球上最丰富的天然可再生资源[4,5,6]。纤维素是最丰富的天然可再生资源，年产量估计超过7.5×1010吨[4,7]。利用生物质制备材料可以将碳源转化为可控的碳汇，减少对石油基原料的依赖，并提供经济且可降解的替代方案，为实现碳中和展现出广阔前景[8,9]。目前，基于生物质的材料，尤其是基于纤维素的材料，受到了广泛的研究关注。
气凝胶最早由Kistler于1931年报道，随后基于超临界干燥方法制备的硅基气凝胶取得了显著进展[10,11]。气凝胶是一种低密度固体材料，具有高孔隙率和极低的热导率[12]，在航空航天[13]、环境修复[14]和建筑围护结构[15,16]等领域得到广泛应用。目前最广泛使用和工业化的气凝胶是二氧化硅气凝胶[17,18,19,20]。最近的研究将二氧化硅改性的介孔光学透明隔热材料实现了前所未有的高可见光透射率（>99%）和超低热导率（约0.01 W m?1K?1）[21]。尽管气凝胶具有出色的热学和光学性能，但其整个生命周期的可持续性尚未得到充分开发。同时，二氧化硅气凝胶的脆性和成本大约是传统材料的十倍，限制了其在建筑领域的应用[22]。纤维素具有高弹性、低成本、绿色环保和无污染的特性[23]。由安全且可生物降解的植物或细菌成分组成的纤维素气凝胶，其隔热性能可与二氧化硅气凝胶相媲美，被视为无机气凝胶的一种新型有机替代品[24,25]。基于纤维素的生物质气凝胶在未来有可能取代硅基气凝胶。
高度透明的气凝胶材料的发展有助于自然采光，同时降低建筑能耗[26]。羧基化纤维素纳米纤维因其出色的机械强度，可以通过酸诱导凝胶化在三维有序液晶状态下定向[27,28,29]。通过这些方法合成的透明纤维素气凝胶具有柔韧性，在超过50%的应变下仍不会受损[30,31]。Mi等人[31]使用高浓度氨基酰氯溶液作为再生液制备了柔韧性和透明度更高的纤维素气凝胶。结合无机纳米填料[32,33,34,35]或有机聚合物[36]，可以进一步提高气凝胶的机械性能。与其他天然或合成有机聚合物类似，通过在表面涂覆疏水性PMMA层可以降低透明纤维素气凝胶的亲水性[37]，使其适用于实际应用。
Abraham等人[38]首次制备出高疏水性的透明纤维素气凝胶，显著降低了建筑能耗。然而，超临界干燥法制备的成本较高。尽管存在技术挑战，但冷冻干燥[39,40,41]和常压干燥[42,43,44]等低成本替代方法更适用于大规模生产。特别是常压干燥由于表面张力的作用可能导致气凝胶孔结构严重塌陷[45]，而冷冻干燥则会产生较大的孔径。在我们之前的研究中[46]，我们通过冷冻干燥制备了蒙脱石/纤维素复合气凝胶材料，表现出优异的机械性能和有机污染物去除能力。不过，气凝胶的隔热性能仍有进一步提升的空间。此外，冷冻干燥会导致气凝胶表面积比预期减少，从而影响其光学透明度和线性弹性[22]。
纤维素的种类、链长和制备方法会影响纤维素链的自组装，导致纤维素纳米结构尺寸的不均匀性。这种不均匀性会影响透明气凝胶的关键性能，如光透射率和雾度[47,48,49]。为了开发具有良好隔热性能和增强复合兼容性的透明纤维素气凝胶材料，探索其制备和透明机制至关重要。
在本研究中，我们采用超临界干燥、冷冻干燥、真空干燥和常压干燥方法制备了具有优异隔热性能和透明度的纤维素气凝胶，并分析了不同干燥工艺制备的透明纤维素气凝胶的性能。最后，我们研究了纤维素基透明多孔材料（CTPM）的制备和透明机制。
