传统的二氧化硅气凝胶因其导热系数低、热稳定性好而受到广泛的关注，然而，由于纳米颗粒之间弱的界面相互作用和不连续性，导致二氧化硅气凝胶的柔韧性差，呈现刚性和脆性特征，严重限制了其在工业和日常生活中更为广泛的应用。针对上述问题，东华大学朱美芳院士，俞昊教授团队通过以柔性，连续性更强的二氧化硅纳米纤维为结构骨架，二氧化硅溶胶为增强相，通过冷冻成型方法构筑三维结构网络，由于基体材料与增强材料均为二氧化硅，两者具有很高的界面相容性，具有自增强效应，制备得到的二氧化硅纳米纤维气凝胶不仅密度低，并且具有可调的力学性能，同时还保留了传统无机气凝胶的耐火性，高温稳定性和优异的隔热性能。相关成果以" Self-reinforcement of Light, Temperature-resistant Silica Nanofibrous Aerogels with Tunable Mechanical Properties "为题，发表于纤维改性国家重点实验主办期刊《先进纤维材料》(Advanced Fiber Materials)。该论文第一作者是材料学院青年教师黄涛，俞昊教授为通讯作者。

图1 二氧化硅纳米纤维气凝胶的制备

首先，文章以TEOS/PVA为前驱体溶液，通过静电纺丝的方法制备了柔性的二氧化硅纳米纤维，将其与二氧化硅溶胶在水中均质分散，再通过冷冻干燥，得到了轻质，形状可控的二氧化硅气凝胶（图1）。

图2 基体（二氧化硅纳米纤维）与增强相（二氧化硅溶胶）的配比对气凝胶力学性能的影响。

根据应用场景的不同，可以方便的通过调控二氧化硅纳米纤维与二氧化硅溶胶的比例，得到具有不同力学性能的二氧化硅气凝胶。密度为7.9 mg·cm⁻³的弹性气凝胶在压缩形变为40%时，强度为8.4 kPa，在100次压缩循环后，发生约10%的塑性变形，表现出较好的压缩回弹性能。当二氧化硅纳米纤维与溶胶的配比为1：1时，密度为37 mg·cm⁻³的气凝胶则能够至少承受其自身重量的7500倍负载而不发生显著形变，比模量达到19.5 MPa·cm³·g⁻¹，表现出良好的抵抗变形的能力。（图2，图3）此外，该工作在极大改善二氧化硅气凝胶力学性能的同时，仍然保留着传统无机气凝胶的耐火性，耐高温性和优异的隔热性能。

图3 具有不同力学性能的二氧化硅纳米纤维气凝胶

课题组简介：

俞昊，东华大学研究生部主任，材料学院教授/博导。主要从事新能源纳米材料、有机无机杂化改性高分子材料等方面的研究，在纳米纤维基摩擦纳米发电机、可穿戴能源系统和自驱动传感的交叉学科领域较有建树，同时在基于有机无机杂化改性制备具有功能化和高性能化纤维研究方面取得了优异的成果。先后发表论文80余篇，在Advanced Functional Materials, Nano Energy, ACS Applied Materials & Interfaces, Nanoscale等国际知名SCI期刊发表论文20余篇。申请近百项专利，其中30余项获得授权。先后主持科研项目15项，其中，主持国家自然科学基金项目2项，总装备部军工项目1项，科学技术部国家重点研发计划子项目1项；参与科研项目14项，其中作为项目副组长参与并完成国防科工委863军工项目1项，作为技术骨干参与科技部863项目1项，国家自然科学基金1项，教育部重大培育项目1项。（欢迎致力于材料、电子、化学等各交叉专业博士后加盟该团队）

原文信息：

Huang, T., Zhu, Y., Zhu, J. et al. Self-reinforcement of Light, Temperature-Resistant Silica Nanofibrous Aerogels with Tunable Mechanical Properties. Adv. Fiber Mater. (2020).

https://doi.org/10.1007/s42765-020-00054-8.