受超轻和强交联蜘蛛网的启发，中南大学张翼教授团队提出了一种核壳设计，通过非定向冷冻干燥法制造各向同性聚甲基倍半硅氧烷（PMSQ）刚性增强纳米纤维（聚吡咯涂覆细菌纤维素（PPy@BC）和细菌纤维素（BC））气凝胶。开发的气凝胶（PMPBB气凝胶）表现出各向同性可压缩性和可恢复性、疏水性、低热导率及导电性。得益于上述特性，PMPBB气凝胶具有显著的油/有机溶剂-水分离、自清洁、隔热和实时监测人体运动信号的能力。总体而言，核壳设计与非定向冷冻干燥方法的结合为寻求创新方法开发其他先进气凝胶提供了有价值的参考。

图1.PMPBB气凝胶的合成过程示意图。

图2.通过SEM观察（a）BC纳米纤维和（b-c）PPy@BC纳米纤维的微观结构。（d）BC和PPy@BC纳米纤维的直径。（e-f）BC和PPy@BC纳米纤维的XPS全扫描光谱和（g）FTIR光谱。（h）PPy@BC纳米纤维的TEM图像。（i）PPy@BC纳米纤维的C/N/O元素TEM-EDS映射。

图3.（a）轻质PMPBB气凝胶的数码照片。（b）具有不同几何形状和尺寸的PMPBB气凝胶。（c）卷曲的PMPBB气凝胶。（d）PMPBB气凝胶的密度。（e-h）PMPBB气凝胶的SEM图像。（i）PMPBB气凝胶的Si/O/C/N元素SEM-EDS映射。（j-k）PMSQ@PPy@BC纳米纤维的TEM图像和示意图。（l）PMPBB气凝胶中SiO2纳米颗粒的高分辨率TEM图像和（m）相应的傅立叶变换图像。

图4.PMPBB气凝胶的力学性能。

图5.PMPBB气凝胶的疏水性。

图6.PMPBB气凝胶的隔热性能。

图7.PMPBB气凝胶的压阻传感特性。

该工作以“Core-shell design for nanocellulosic aerogels by bioinspired spider web-like structure”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（DOI:10.1016/j.cej.2023.146729）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146729