综述：可压缩和可拉伸气凝胶：构建策略及其在个人热管理与可穿戴电子器件中的应用

《Gels》：Compressible and Stretchable Aerogels: Construction Strategies and Applications in Personal Thermal Management and Wearable Electronics

　　

机械柔顺气凝胶对于可穿戴系统日益重要，这类系统需要轻质多孔材料在反复变形下保持功能。然而，可压缩性和可拉伸性对结构提出了不同的要求，不应将它们视为柔性的等同表现。本综述提供了一个载荷模式特异性的可压缩和可拉伸气凝胶框架，总结了网络化学、界面相互作用和多尺度结构如何调控压缩和拉伸下的变形、回复、强度及疲劳抗力。随后，在可穿戴个人热管理传感器、生物传感器和柔性储能器件的背景下，讨论了这些机械特性与热、光谱和电学功能之间的关系。最后，从机械-功能平衡、长期耐久性和可规模化制造等方面总结了当前挑战，为未来开发机械可靠的气凝胶基可穿戴材料提供指导。

1. 引言
可穿戴电子、个人热管理（PTM）和生物集成器件的快速发展，要求材料在反复变形下保持功能。气凝胶具有高孔隙率、低密度、低热导率和易功能化等优势，但传统气凝胶在压缩、弯曲、扭转等复杂应力环境中变形能力、结构稳定性和疲劳抗力较差。机械柔顺气凝胶可通过化学/界面工程和多尺度结构调控两条互补途径构建。压缩变形可通过可逆的孔闭合和骨架屈曲、弯曲及旋转来实现；而拉伸载荷直接作用于网络连接点，容易引起应力集中和裂纹扩展，因此可拉伸性要求更高的网络连续性和应力再分配能力。

2. 可压缩气凝胶的构建策略
可压缩气凝胶需容纳大变形而不发生脆性断裂，涉及网络与界面工程以及多尺度结构调控两个层面。

2.1 网络与界面工程
通过引入柔性分子链段或聚合物涂层，并利用物理、共价或动态相互作用强化界面连接，可平衡骨架变形能力与连接点稳定性。

2.1.1 可压缩二氧化硅基气凝胶
传统SiO₂气凝胶含有刚性高交联Si-O-Si网络，颗粒间颈缩区域对应力敏感，易发生不可逆孔塌陷。分子级调控可降低有效交联密度并增强骨架连通性，例如引入悬挂有机基团或柔性链段。聚甲基倍半硅氧烷（PMSQ）气凝胶通过调节表面活性剂实现一维纤维状骨架，显著改善弯曲性。双交联SiO₂基气凝胶通过Si-O-Si和聚乙烯链段共同作用，在纳米尺度实现高压缩回弹性和弯折柔性。

2.1.2 聚酰亚胺和纤维素气凝胶
聚酰亚胺（PI）气凝胶的压缩性受主链刚性、非共平面性和链段运动能力影响。采用柔性二胺（如4,4'-二氨基二苯醚，ODA）或引入亚甲基链段可增强骨架柔韧性。纤维素气凝胶依靠纳米原纤缠结传递载荷，但强氢键易导致不可逆粘附和网络致密化。通过双交联或引入聚氨酯（PU）等弹性聚合物层，可显著提高压缩强度和回弹率，例如双交联纤维素气凝胶在80%应变下最大回弹率达99%。

2.1.3 碳基和MXene基气凝胶
石墨烯、碳纳米管（CNT）和MXene纳米片本身具有高弹性，但气凝胶的宏观压缩性能主要受界面滑移和连接点强度控制。增强π-π相互作用、构建共价连接或引入聚合物交联可抑制不可逆滑移。例如交联还原氧化石墨烯（x-rGO）气凝胶在50%应变下保持可逆，而CNT气凝胶在99%应变下完全回复，1000次循环后高度损失小于1.5%。

2.2 多尺度结构调控
为气凝胶提供变形空间和协调载荷路径，包括介观