DOI: 10.1002/ange.202001679

由聚合物、碳和金属组成的具有弹性和可压缩性的三维纳米材料已经以多种形式制备出来。然而，制备热稳定的弹性陶瓷气凝胶仍然是一个巨大的挑战。研究者展示了一种原位合成策略，通过整合柔性电纺二氧化硅纳米纤维和类橡胶Si-O-Si键合网络来开发具有超弹性的仿生二氧化硅纳米纤维（SNF）气凝胶。纳米纤维间稳定的键合结构是通过纤维冷冻成型过程原位构建的。合成的SNF气凝胶具有超低密度（>0.25 mg cm-3）、高达1100℃温度不变的超弹性和超过一百万次压缩的强大抗疲劳性能。陶瓷的性质也赋予气凝胶耐火性和超低导热性。SNF气凝胶的成功合成为超弹性陶瓷气凝胶的结构适应性和可伸缩性设计开辟了新的途径。

图1.a）灯心草不同放大倍数的光学图像和扫描电镜图像。e）显示SNF气凝胶制造的示意图。f）三种交联硅烷偶联剂的结构。g）SNF气凝胶纳米纤维间的交联网络。h）SNF气凝胶的光学图像。i-k）不同放大倍数下的SNF气凝胶微观结构，展示了仿生纳米纤维骨架结构。

图2. a）由不同交联剂制成的SNF气凝胶在第5次加载-卸载循环时，压缩率σ与ε的关系。b）示意图显示了气凝胶在三个结构层次上的压缩过程：SNF气凝胶、单个纳米纤维和交联网络。c）分别对水解的TEOS、MTMS和DMDMS分子进行分子建模。 d）分别为交联的TEOS、MTMS和DMDMS水解产物的模拟快照。e）截留半径对TEOS、MTMS和DMDMS水解产物的交联反应转化率的影响。f）三个交联网络的均方位移和g）扩散系数。

图3.a）随着ε的增加，气凝胶的压缩σ-ε曲线。b）e为50％的多循环压缩试验。c）杨氏模量、最大应力和能量损失系数与压缩循环的关系。d）选定的低密度气凝胶的相对杨氏模量。e）在-100到500℃的温度下SNF气凝胶的储能模量和损耗模量频率之间的关系。f）SNF气凝胶在500℃下进行一百万次循环的储能模量和损耗模量。光学图像显示了g）SNF气凝胶在丁烷喷灯（1100℃）和h）液氮（-196℃）火焰中的弹性。i）在1000、1100、1200和1300℃下煅烧2 h的SNF气凝胶的X射线衍射（XRD）图。

图4.a）用于隔热应用的不同形状的大型SNF气凝胶的光学图像。b）SNF气凝胶的导热系数与测试温度的关系。c）比较SNF气凝胶和其他报道的细胞材料的导热系数和最高工作温度。d）SNF气凝胶的超轻和耐火性能。e）SNF气凝胶的隔热性能。f）管状绝缘SNF气凝胶的光学图像。g）管状SNF气凝胶的隔热过程的红外图像。h）气凝胶内外壁随时间变化的温度曲线图。