气凝胶形式的Ti系氧化物陶瓷，如TiO₂、SrTiO₃、BaTiO₃和CaCu₃Ti₄O₁₂，因其优异的光学、介电和催化性能，作为功能材料具有巨大的潜力。不幸的是，由于颗粒间相互作用较弱，这些无机气凝胶通常很脆，容易粉碎，导致应用性能受到限制，并存在严重的健康风险。

近期，东华大学丁彬教授&刘一涛教授团队提出了一种合成气凝胶状弹性高度多孔结构的新策略，其中活性可切换的Ti系氧化物溶胶在静电纺丝过程中从亚稳态转变为活性态，在鞭打阶段凝结和固化，获得卷曲的纳米纤维。这些卷曲的纳米纤维在空中飞行时进一步缠结，形成物理互锁的弹性网络，模拟高弹性水凝胶的微观结构。该策略构建了一系列具有高可拉伸性、可压缩性和可弯曲性的Ti系氧化物纳米纤维海绵，作为集成或可穿戴功能设备，具有更环保、更安全、更广泛的应用机会。作为概念验证，一种由“白色”和“黑色”TiO₂纳米纤维海绵组成的新型弹性TiO₂被构建成自发空气调节纺织品，应用于智能服装、建筑和车辆，其具有独特的双向调节功能，可在夏季进行辐射冷却，在冬季进行太阳能加热。

图1.（a）亚稳溶胶保持稳定状态的过程。（b）亚稳溶胶转变为不稳定状态的过程。（a）和（b）中的插图显示了静电纺丝过程中不同状态下胶体的静电势。（c）静电纺丝使得卷曲的纳米纤维物理互锁形成TNS的图示。（d）TNS的光学图像。（e）三种稳定溶胶从溶液到射流的质子化转变。（f）不同水解程度的质子化溶胶的电离能力。（f）中的插图显示了具有不同水解度的TiO₂胶体的负电位位置。（g）具有不同水解和质子化程度的TiO₂溶胶的分子结构。

图2.（a）TNS的光学图像。（b-c）TNS在不同放大倍数下的横截面SEM图像。（d-e）TNS中单根锐钛矿TiO₂纳米纤维的STEM-EDS、SAED和HRTEM图像。（f）单根锐钛矿TiO₂纳米纤维在大应变作用下弯曲而未断裂。（g）锐钛矿TiO₂纳米纤维弹性模量映射的AFM图像。（h-i）直的和卷曲的锐钛矿TiO₂纳米纤维的拉伸试验。（j）Ti系氧化物纳米纤维海绵的光学图像。

图3.锐钛矿TNS的力学性能。

图4.（a）TNSs应用场景示意图。（b）WTNS和BTNS的光学图像。（c）BTNS和WTNS在不同功率密度的太阳能模拟器照射下的红外图像。（d）BTNAs和WTNS的EPR光谱。（e）WTNS（红线）和BTNS（黑线）在0.3-16μm波长范围内的反射光谱。（f）中国上海日光下TNS热测量装置示意图。（h），（i）由PE膜、PE-Al膜、TiO₂膜和WTNS保护的冰块测得的温度数据，以及环境空气的温度数据和太阳辐照度。（j）由PE膜、TiO₂膜、WTNS和BTNS保护的模拟皮肤测得的温度数据，以及内外环境的温度数据和太阳辐照度。

该工作以“Way to A Library of Ti-series Oxide Nanofiber Sponges That Are Highly Stretchable, Compressible, And Bendable”为题发表在《Advanced Materials》（DOI:10.1002/adma.202307690）上。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202307690