近期，东华大学丁彬教授团队发表重磅科研成果：短短 6 天内，连续在《Advanced Fiber Materials（IF=21.3）》与《Materials Science and Engineering: R: Reports（IF=26.8）》两大顶刊发表突破性研究，实现白光发射 + 极致隔热双突破，为极端环境穿戴织物、柔性显示、节能隔热材料开辟全新路径。

丁彬教授团队以湿度诱导 3D 静电纺丝为核心技术，实现不同功能气凝胶的高效制备：

1、白光发射荧光气凝胶：发光+隔热+超弹一体化

2、仿生层级介观气凝胶：超轻+超低导热+耐极端温度

两项成果均实现大面积一步制备，打破传统气凝胶 “脆、重、难量产” 的行业瓶颈。

一、白光发射型元气凝胶——聚焦极端环境穿戴，实现“隔热+超弹+白光发光” 多功能集成

2026 年 3 月5日，团队在《Advanced Fiber Materials》发表研究成果，通过湿度诱导 3D 静电纺丝技术，将蓝色与黄色荧光分子精准配比（3:2），成功制备出大面积（1.2 m×0.4 m）白色发光超弹性气凝胶。

图 1 合成策略与微观结构。a 荧光纤维气凝胶（FFA）合成路径示意图；b 白光发射荧光纤维气凝胶（WLE‑FFA）的 CIE 色度坐标；c FFA 置于蒲公英上的照片（展示超轻特性）；d–f 不同放大倍数下 FFA 的SEM图像；g 大面积柔性 FFA 实物照片；h FFA 受拉力状态照片；i FFA 受压缩状态照片；j 分别覆盖 FFA、棉花、羽绒的皮肤实拍图与红外热成像图；k 白光发射荧光纤维气凝胶（WLE‑FFA）在自然光（NL）与紫外光下的照片。

1、核心突破：把 “不可能” 变成 “可能”

传统荧光气凝胶要么发光不稳定，要么隔热性差，更别说兼顾超弹柔性和大面积制备。但丁彬教授团队用湿度诱导 3D 静电纺丝技术，精准调控蓝色与黄色荧光分子配比（3:2），一举实现三大突破：

✅ 性能全集成：量子产率 29%，热导率低至 23.8 mW・m⁻¹・K⁻¹，既能在 - 196℃超低温下稳定发光，又能 60% 拉伸、90% 压缩后可逆恢复；

✅ 规模化落地：实现 1.2 m×0.4 m 大面积一步法制备，告别传统小尺寸、低效率的制备瓶颈；

✅ 场景超实用：做成保暖背心，白天能保暖、晚上能发光，还能作为 SOS 警示标识，完美适配极端环境穿戴、柔性显示、信息加密等场景！

图 2 制备与结构表征。a–c 不同相对湿度（RH）下制备的荧光纤维气凝胶（FFA）扫描电镜（SEM）图像：a 30%，b 60%，c 90%；插图为对应样品厚度与截面图像；d FFA 中气凝胶纤维形成机理示意图；e 聚合物–溶剂–H₂O 三元体系相图；f 氮气吸附–脱附等温线及孔径分布；g BET 比表面积与孔容；h 不同湿度下制备的 FFA 的热导率与热阻。

2、核心研究思路：以 3D 静电纺丝为核心，实现“结构设计-功能集成-性能协同”

团队依托前期在湿度诱导 3D 静电纺丝、软 - 硬双组分聚合物设计、分级多孔结构构建方面的技术积累，形成了“场景导向→功能集成→结构设计→工艺调控→性能验证”的研究思路，核心围绕“白光发射”与“隔热/超弹”的性能协同展开：

1）场景定性能：针对极端环境穿戴需求，明确核心性能目标 ——稳定白光发射 + 超低热导率 + 超弹柔性 + 环境稳定性（阻燃/疏水/透气）+ 大面积可规模化；

2）原料与功能匹配：选用刚性 PS +柔性 PU构建软-硬双组分聚合物基材，既保证气凝胶的结构支撑性，又赋予超弹力学性能；引入蓝色/黄色荧光分子（

BaMgAl10O17:Eu2+/(Sr,Ba)2SiO4:Eu2+）作为发光源，添加氟碳链赋予疏水/自清洁，无机荧光组分提升阻燃性；

3）结构设计双赋能：构建卷曲纤维 3D 互锁网络+分级微纳多孔结构，该结构实现双重功能—— 一方面为隔热提供结构基础（捕获静止空气、克努森效应抑制热传导），另一方面通过空间隔离荧光供体/受体分子，抑制过度 FRET，避免发光淬灭；

4）工艺调控实现规模化：采用湿度诱导的 3D 直接静电纺丝技术，调控环境湿度至 90% 实现聚合物射流快速相分离，一步法形成卷曲纤维并自组装为 3D 多孔结构，无需后续复杂干燥工艺；通过优化荧光分子射流比例（3:2），实现标准白光发射（CIE 0.318, 0.347）；

5）性能全维度验证：系统测试气凝胶的光学、隔热、力学、多功能性能，验证其在极端环境（-196℃低温、水下、高湿度）下的性能稳定性，同时完成实际穿戴演示（荧光保暖背心、SOS 警示标识）。

图3 白光发射性能。a 蓝色与黄色荧光分子的荧光发射光谱；b不同比例蓝/黄荧光分子纺丝液制备的 FFA 的发射光谱，以及 c 对应的 CIE 色度坐标d 白光发射 FFA（WLE‑FFA）的发射光谱；e 蓝色荧光分子在不同 FFA 中的荧光寿命；f 荧光发射光谱，以及 g 3:2 混合气凝胶纤维与 3:2 混合分子制备的 FFA 对应的 CIE 色度坐标；h 荧光共振能量转移（FRET）方向示意图；i 白光发射 FFA（WLE‑FFA）工作机理示意图；j 大面积、柔性白光发射 FFA 实物照片；k FFA 水下荧光性能演示；l 用 FFA 制作 “SOS” 标识的救生衣演示。

二、仿驼毛隔热型元气凝胶 —— 聚焦通用节能场景，实现“高效隔热 + 超弹力学”单功能极致化

3 月11日，团队在《Materials Science & Engineering R》发表最新研究成果，从骆驼毛发的层级结构中汲取灵感，采用湿度诱导的 3D 直接静电纺丝技术，成功制备出聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基超弹性元气凝胶，实现了“高效隔热+超弹力学”单功能的极致化突破。

图 1 设计原理与微观结构。a) 骆驼昼夜维持热舒适状态的示意图；b) 用于节能应用的多功能微纳米纤维气凝胶（MNFA）示意图；c) 基于 3D 直接静电纺丝策略制备 MNFA 的示意图；d–e) 不同放大倍数下 MNFA 的微观结构；f) MNFA 的规模化制备；g) MNFA 超轻特性演示；h) 500 克载荷下 MNFA 受拉伸（左）与受压缩（右）的光学照片；i) MNFA 对人体手臂与房屋模型的隔热性能演示。

1、核心性能突破

这款仿驼毛气凝胶，用数据证明了它的硬核实力：

密度仅 2.3 mg/cm³，轻到能放在蒲公英上；

孔隙率达 99.8%，隔热性能优异，导热系数低至 23.5 mW・m⁻¹・K⁻¹，7cm 厚样品保温效果堪比 10cm 厚商业羽绒；

力学性能：拉伸应变 50%，压缩疲劳抗 10 万次循环，恢复速度高达 860 mm/s，180° 弯曲、大角度扭转不在话下；

还自带超疏水、透气、阻燃性能，防水、防污、耐高温，兼顾实用性与安全性！

图 2 层级结构的构建。a–c) 相对湿度 35% 条件下制备的纤维集合体的SEM图与AFM图；d–f) 相对湿度 95% 条件下制备的纤维集合体的SEM图与AFM图（插图为对应样品的厚度）；g) 高湿度下蓬松纤维集合体（上）与气凝胶纤维（下）的形成机理示意图；h) PMMA‑DMF‑H₂O 与 FPU‑DMF‑H₂O 体系的三元相图；i) 孔隙率、体积密度与卷曲率；j) 氮气物理吸附等温线及孔径分布；k) 不同湿度下制备的纤维集合体的热导率与热阻。

2、核心研究思路：以骆驼毛为仿生原型，实现 “结构复刻—性能极致——工艺简化”

该研究同样基于团队3D 静电纺丝的核心技术，与白光发射型元气凝胶形成技术同源、方向聚焦的研究思路，核心围绕 “隔热与力学性能的极致化协同”展开，形成“仿生原型→结构复刻→原料优化→工艺精调→通用场景验证”的逻辑：

1）仿生复刻定结构：以骆驼毛为精准仿生原型，复刻其分级微纳多孔（纤维内微孔 + 纤维间大孔）+ 卷曲纤维互锁网络，前者最大化提升孔隙率（减少固体热传导），后者最大化分散应力（提升力学弹性与抗疲劳性）；

2）原料优化提性能：选用刚性 PMMA + 氟化聚氨酯（FPU）为基材，PMMA 保证气凝胶的结构刚度和多孔稳定性，FPU 赋予超弹柔性，同时 FPU 的氟组分赋予气凝胶超疏水、阻燃特性，匹配通用场景的多功能需求；

3）工艺精调极致化：采用湿度诱导的 3D 直接静电纺丝技术，将环境湿度调控至 95%（比白光发射型更高，进一步优化相分离过程），实现聚合物射流的非溶剂诱导快速相分离，一步法形成更精细的卷曲纤维分级多孔结构，精准调控孔隙率、纤维卷曲度、孔径分布，实现隔热与力学性能的极致化；

4）通用场景验价值：系统测试气凝胶在建筑隔热（房屋模型）、民用保暖（人体手臂/保暖外套）等通用场景的实际隔热效果，对比商用隔热材料（棉花、PU/PS 泡沫、羽绒），验证其性能优势。

图 3 力学性能。a) 拉伸应力-应变（σ-ε）曲线；b) 40% 应变下的 1000 次拉伸循环曲线；c) 压缩应力-应变（σ-ε）曲线；d) 60% 应变下的 1000 次压缩循环曲线；e) 不同单根纤维的压缩行为模拟；f) 模量与阻尼比随频率的变化曲线；g) 10 万次压缩循环的抗疲劳性能；h) 循环过程中 MNFA 的应力保持率与压缩应变的关系，并与已报道的弹性气凝胶对比（循环次数标注在符号旁）；i) 钢球回弹实验直观展示气凝胶的弹性；j) MNFA 在液氮（-196 ℃）中的压缩与释放过程；k) 原位扫描电镜（SEM）图像展示材料的力学稳定性。

图 4 多功能隔热气凝胶及其应用产品。a) MNFA 表面纤维凸起的侧面扫描电镜（SEM）图像；插图展示其超疏水特性b) 多种液滴滴在 MNFA 表面的状态；c) MNFA 透气性能演示；d) MNFA 透湿性能演示；e) MNFA 阻燃性能演示；f) 不同气凝胶的体积密度与热导率对应关系；g) 低温环境下 MNFA 与传统隔热材料的实时温度曲线；h) 气凝胶纤维隔热行为的示意图与模拟计算；i) MNFA 用于建筑房屋的隔热效果演示；j) MNFA 用于人体的隔热效果演示。

总结

丁彬教授团队以湿度诱导 3D 直接静电纺丝技术为核心技术底座，在 2026 年 3 月同期推出两篇平行研究成果，分别针对极端环境穿戴的多功能集成和通用节能场景的性能极致化两大方向，完成了仿生元气凝胶在隔热领域的场景全覆盖和技术体系完善。

两篇成果虽研究侧重点不同，但同源共生、互补拓展，既验证了该团队核心制备技术的通用性和灵活性，也为元气凝胶从实验室研究走向工程化应用（专用场景小批量 + 通用场景大批量）奠定了坚实的理论和实验基础，同时为仿生多孔材料的结构设计和功能集成提供了全新的研究范式。

参考文献：

Zhang, W., Wang, S., Miao, R. et al. Large-Area Direct Production of White Light-Emitting Meta-Aerogel with Efficient Two-Step Energy Transfer and High Thermal Insulation for Wearable Textiles in Extreme Environment. Adv. Fiber Mater. (2026).

Wei Zhang, Sai Wang, et al., Bio-inspired hierarchical meta-aerogel for scalable and efficient thermal insulation, Materials Science and Engineering: R: Reports, 169, April 2026, 101208