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气凝胶，被誉为改变世界的新材料，具有孔隙率高、比表面积大、密度低、绝热性能好等优异理化性质，在热/声/电绝缘、催化剂/药物载体、星际尘埃收集、环境修复、能源与传感等领域具有重要应用前景。然而，其自身力学缺陷，如强度弱、易脆、变形能力差等弊端，尤其是较宽温度范围内抵抗不同载荷冲击能力，成为气凝胶获得实际应用的最重要障碍之一。

针对上述问题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张学同领导的气凝胶团队与德国科学家合作，将实验设计与理论计算相结合，通过溶剂组分调控氢键网络，寻找到一条简便、高效、绿色的合成路径，成功制备得到超柔性氮化硼纳米带气凝胶，并实现了气凝胶材料在很宽温度范围内（-196°C~1000°C）及不同载荷冲击形式（压缩、弯曲、扭曲、剪切等）下的柔性保持。

图：纳米带气凝胶在液氮、火焰、高温空气氛围（>1000°C）下，承受不同载荷的柔性形变-回弹行为

研究表明，该氮化硼气凝胶由超薄（~3.2 nm）、大长径比（几百）、多孔带状纳米结构相互缠绕、搭接而成，表现出超轻（~15 mg cm-3）、热绝缘（~0.035 W/mK）、高比表面积（~920 m2 g-1）及优异的力学性能。该气凝胶在多次循环压缩、扭曲、弯曲、剪切等不同载荷下，可保持结构不被破坏、且可快速恢复至原有形状。当该气凝胶被浸泡在液氮中，其压缩-回弹性能仍能够很好保持。进一步地，当氮化硼气凝胶被放置于酒精灯火焰或高于1000°C的管式炉（空气氛围）时，其稳定的力学柔性仍被完好保留，且可承受不同载荷的冲击。上述氮化硼气凝胶的超柔性展示如下图所示。

该工作以Boron Nitride Aerogels with Super-Flexibility Ranging from Liquid Nitrogen Temperature to 1000°C为题，发表在国际期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials，2019，29，1900188）上。

相关研究进展

一种具有中空孔壁结构的氮化硼（hBN）新型隔热气凝胶

日前，东南大学能源与环境学院青年教师郝梦龙团队与美国加州大学洛杉矶分校等单位合作研制出了一种具有中空孔壁结构的氮化硼（hBN）新型隔热气凝胶，该研究成果在Science发表。

据悉，气凝胶因其超低热导率，是目前市场上极具前景的新一代隔热材料。然而目前市场上的气凝胶面对航空航天等极端环境下的应用尚有诸多性能上的不足，如二氧化硅气凝胶的密度较大，会增加航天器载荷；石墨烯气凝胶在空气中易氧化，难以承受返回舱再入大气层时的高温等。而氮化硼（hBN）气凝胶则通过中空孔壁结构有效解决了传统气凝胶热稳定性差、易碎、密度大等缺点，该突破性技术有望在航空航天热控、建筑节能等方面得到广泛应用。

郝梦龙研究团队从性能目标出发，对材料的化学组成和多尺度结构进行了理性设计。首先，选用hBN作为基本构造单元，以获得空气中的高温热稳定性。其次，利用在石墨烯气凝胶模板上沉积hBN纳米层后再刻蚀掉模板的方法，得到了独特的中空孔壁结构，进一步降低了导热截面和有效热导率。此外，通过调控气凝胶成型过程中的冷却方式，使片状hBN形成了双曲线型微观排列，并由此导致材料展现出具有负泊松比的机械超稳定结构。材料表征结果显示，此种气凝胶结构在各项指标上都获得了优异的性能，包括极低的密度（0.1mg/ml）、高温稳定性（1400°C）、超低热导率（真空中可低至2.4mW/m•K）、超弹性（95%形变）、热震稳定（275°C/s）、以及负热膨胀系数。

剑桥大学材料系的Chhowalla教授受邀为Science撰写的评论文章中对这项研究成果高度评价。他指出，该气凝胶开创了一种全新的用二维材料搭建成的三维结构的类型，对需求高比表面积的各种应用，例如催化和电化学储能等有极大的潜在价值。另外，未来如果能够在降低光学吸收率上深入研究，此类材料将有可能成为“光帆”等星际航行器的主要结构。

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