【背景介绍】

气凝胶因其低密度、高孔隙率和高比表面积等特性而受到学术界和工业界的广泛关注。芳纶纳米纤维（ANF）作为一种理想的气凝胶的纳米构建材料，在前沿领域的应用引起了研究界的极大兴趣。陕西科技大学张美云教授、杨斌副教授团队受ACS Applied Materials & Interfaces期刊邀稿，在“Functional Aerogels”专栏发表综述，全面探讨了不同维度ANF气凝胶的制备、性能、应用进展、挑战和前景。

该文章首先总结了ANF分散液的流变特性，不同的制备策略，以及ANF气凝胶的干燥方法。

然后，评述了各种形态的ANF气凝胶的独特性质以及基于这些性质的突出优势，并对柔性保温、环保、储能等领域的多功能应用进展进行了总结。

最后，探讨了ANF气凝胶的主要挑战和前景，为进一步从实验室规模到工业规模的发展提供了见解。

相关内容以“Innovations Progress in Emerging Multifunctional Aramid Nanofiber Aerogels”为题目，发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上，陕西科技大学硕士研究生王伊帆是主要完成人，杨斌副教授、张美云教授为通讯作者。

图1 ANF气凝胶的形貌、性能及其应用

【文章亮点】

ANF分散液通过不同的组装策略可以得到不同形态的ANF气凝胶（如一维纤维、二维薄膜、三维块体等）。ANF气凝胶的制备过程主要包括三个关键阶段：从ANF溶液到溶胶、从ANF溶胶到水凝胶、从ANF水凝胶到ANF气凝胶。由于其低密度、高孔隙率、高韧性等特点，在保温阻燃、环境保护、能源转换、柔性传感、电磁屏蔽等领域具有相当大的应用潜力。（图2，图3）然而，当前ANF气凝胶的发展阶段仍处于探索的初级阶段。一方面，芳纶纳米纤维本身也存在着生产效率低、成本高，发展不成熟的问题，而ANF气凝胶的制备技术也有需要改进的地方，如溶胶-凝胶转化慢、耗时长，溶剂替代、干燥等工艺未实现连续化；另一方面，ANF气凝胶的性能还没有达到极限，如力学性能仍有提高的空间；未来，ANF复合其他功能组分（如MXene、BNNS、GO、CNT等）制备多功能ANF基气凝胶也是该领域的一大发展方向。

图2 ANF气凝胶的制备工艺

图3 多形态ANF气凝胶的制备、性能、应用及优缺点

【总结/展望】

本文综述了ANF气凝胶的制备进展、性能优势、应用领域以及面临的挑战和前景。将ANF/DMSO溶液通过湿法纺丝、涂层和3D打印等自上而下的策略来加工不同维度的ANF气凝胶。得益于多形态ANF气凝胶的高孔隙率、低密度、大比表面积、优异的热稳定性和耐化学性，可以实现其在保温、吸附、储能、传感、信息加密、热管理等多个领域的高效应用。未来，可通过优化ANF气凝胶的制备工艺和结构调控，加快工业化进程、降低生产成本，提高力学性能，推动其在新型领域的应用。（图4）

图4 ANF气凝胶材料未来的潜在发展方向

通讯作者信息：

杨斌，副教授、硕士生导师，香港大学博士后，主要从事高性能纳米纤维基功能材料。入选“2023、2024年度全球前2%顶尖科学家榜单”，获得“中国造纸学会蔡伦青年科技奖”、“陕西省青年科技新星”和“陕西省优秀博士后创新创业人才”等称号。作为负责人主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、中国博士后科学基金特别资助项目等10余项。研究成果获得国家科技进步二等奖1项（排名第4），教育部/陕西省科学技术一等奖4项。近五年在Nat. Commun., Adv. Funct. Mater, ACS Nano等期刊发表论文40余篇，被引3400余次。

张美云，教授、博士生导师，陕西科技大学轻工技术与工程学科带头人，国家“十三五”重点研发计划首席科学家、国家“万人计划”教学名师、全国优秀科技工作者、“中国造纸蔡伦科技奖”获得者、陕西省有突出贡献专家。先后主持完成了国家863计划、国家自然科学基金等项目20余项。获得国家科技进步奖二等奖2项，教育部/陕西省科学技术奖励一等奖5项；授权国家发明专利70余件；主编出版专著7部，发表高水平学术论文300余篇。