具有规则多孔结构和均匀分布导电网络的气凝胶在可穿戴电子传感器、电磁屏蔽等领域受到了广泛关注。然而，新兴的纳米纤维气凝胶的力学性能较差，限制了其实际应用。

近期，上海大学方建慧教授和冯欣副研究员等以甲壳素和芳纶纸浆为原料，采用同步去质子化-质子化方法，在KOH/二甲基亚砜（DMSO）体系中于室温下制备了甲壳素交联芳纶纳米纤维（CANFs），而不是将甲壳素纳米纤维（ChNFs）和芳纶纳米纤维（ANFs）分开制备。冷冻干燥后，通过双纳米纤维补偿策略，交联甲壳素/芳纶纳米纤维（CA）气凝胶表现出ChNF和ANF的协同性能。CA气凝胶在80%压缩应变下的机械应力为170kPa，与纯ChNF气凝胶相比增加了750%。同样，与ANF气凝胶相比，CA气凝胶的压缩性有所提高。该增强作用证实了ANF和ChNF在同步去质子化过程中发生了交联反应。随后，将CA气凝胶真空浸渍在Ti₃C₂T_x MXene溶液中，成功获得了具有均匀多孔结构的导电气凝胶（CA-M），该气凝胶具有低热导率（0.01W/（M·K））、高电磁干扰屏蔽效率（SE）（75dB）、阻燃性和隔热性。同时，所获得的CA-M气凝胶还可用作压力传感器，其具有优异的压缩循环稳定性和卓越的人体运动监测能力。因此，该双纳米纤维基导电气凝胶在柔性/可穿戴电子设备、EMI屏蔽、阻燃和隔热方面具有巨大潜力。

图1.CA-M导电气凝胶的制备过程示意图。

图2.（a）甲壳素、ChNF、芳纶纸浆、CA1、MXene和CA1-M8气凝胶的XRD图谱。（b）甲壳素、ChNF、芳纶纸浆、CA1NF、CA1和as-CA1的FT-IR光谱。（c）CA1NF的FT-IR光谱。（d）CA1-M8气凝胶以及（e和f）C1s和O1s副峰的XPS光谱。

图3.（a1和a2）CA1气凝胶的表面SEM图像和（b1-b3）截面SEM图像。（c1和c2）CA1-M8气凝胶的表面SEM图像和（d1-d3）截面SEM图像。

图4.（a和b）CA1-M8气凝胶的表面SEM图像、元素映射图像和元素含量分布。（c）CA1-M8气凝胶的数字图像和相应的水接触角。

图5.（a）CA1-M8气凝胶在40%压缩应变下的压缩回弹过程的数字照片。（b）不同样品气凝胶在80%压缩应变下的应力-应变曲线。（c）as-CA1气凝胶和（d）CA1气凝胶在20%、40%、60%和80%压缩应变下的应力-应变曲线。（e）CA1-M4、CA1-M6、CA1-M8和CA1-M10在80%压缩应变下的应力-应变曲线。（f）ChNF、ANF、CA1和CA1-M8在60%压缩应变下的应力-应变曲线。（g）CA1-M8在20%压缩应变下循环1000次的压缩循环曲线，以及（h）最大压缩应力和能量损失系数。

图6.（a）对CA1-M8气凝胶施加不同的压力应变（0%-80%）时小灯泡亮度的数码照片。CA1-M8气凝胶（b）在相同压缩率（20mm/min）和不同压缩应变（5%-40%）下，（c）在40%压缩应变和不同压缩率（20-100mm/min）下，（d）在0%-80%压缩应变范围内，（e）在0-10kPa压缩应力范围内的相对电阻变化。（f）在3V电压下的响应时间和恢复时间。（g）CA-M8气凝胶在20%下循环1000次的相对电阻，以及792至848次循环的放大信号。

图7.（a）人体不同部位的示意图。（b-f）分别由手指弯曲、指尖按压、手腕弯曲、肘部弯曲和膝盖弯曲产生的相对电阻响应信号。（g）通过说出单词“seven”，喉咙振动产生的相对电阻响应。（h）在CA1-M8传感器上写入英文字母“ABCD”的相对电阻响应。

图8.（a）ANF、ChNF、CA1和CA1-M8气凝胶在酒精灯外火焰中燃烧0、5、10、15和60秒的照片。（b）MXene、ChNF、ANF、CA1、CA1-M4、CA1-M6、CA1-M8和CA1-M10气凝胶的TG曲线。（c）MXene、ChNF、ANF、CA1和CA1-M8气凝胶的DTG曲线。

图9.（a）CA1、CA1-M4、CA1-M6、CA1-M8和CA1-M10在200℃热源下0-30分钟的表面温度变化曲线。（b）CA1-M4、CA1-M6、CA1-M8和CA1-M10气凝胶置于200℃热源下的红外热成像。（c）CA1、CA1-M4、CA1-M6、CA1-M8和CA1-M10的比热容以及（d）热导率和热扩散率。（e）CA-M气凝胶的隔热机理图。

图10.（a）具有不同量MXene的CA1-M气凝胶的电导率，插图显示电路中不同亮度的小灯泡。（b）CA1、CA1-M4、CA1-M6、CA1-M8和CA1-M10气凝胶的EMI SE，（c）平均SEA、SER和SET，以及（d）平均R、A和T系数。（e和f）分别在100℃烘箱和-18℃冰箱中放置7天后，CA1-M4、CA1-M6、CA1-M8和CA1-M10气凝胶的EMI SE。（g）CA1-M8气凝胶的EMI屏蔽机理图。（h）CA1-M8气凝胶与其他EMI屏蔽材料的EMI SE比较。

该工作以“Synchronous deprotonation–protonation for mechanically robust chitin/aramid nanofibers conductive aerogel with excellent pressure sensing, thermal management, and electromagnetic interference shielding”为题发表在《Nano Research》（DOI:10.1007/s12274-023-6189-6）上。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s12274-023-6189-6