氣凝膠又稱為干凝膠。當(dāng)凝膠脫去大部分溶劑，使凝膠中液體含量比固體含量少得多，或凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿的介質(zhì)是氣體，外表呈固體狀。作為世界最輕的固體，已入選吉尼斯世界紀(jì)錄。這種新材料密度僅為3.55千克每立方米，僅為空氣密度的2.75倍；干燥的松木密度（500千克每立方米）是它的140倍。
氣凝膠現(xiàn)在在很多領(lǐng)域都得到利用。作為隔熱材料能有效地透過太陽光，并阻止環(huán)境溫度的紅外熱輻射，成為一種理想的透明隔熱材料，在太陽能利用和建筑物節(jié)能方面已經(jīng)得到應(yīng)用。在儲能器件方面由于硅氣凝膠的納米網(wǎng)絡(luò)內(nèi)形成量子點結(jié)構(gòu)，化學(xué)氣相滲透法摻Si及溶液法摻C60的結(jié)果表明，摻雜劑是以納米晶粒的形式存在，并觀察到很強的可見光發(fā)射，為多孔硅的量子限制效應(yīng)發(fā)光提供了有力證據(jù)。
還可以制作宇航服，具有防彈功能，處理生態(tài)災(zāi)難。12月3日消息，小米有品上架了一款氣凝膠防風(fēng)防潑水熱能外套，號稱擁有保暖黑科技。能夠隔絕溫度以抵御寒冷和高溫?？此啤叭醪唤L(fēng)”，其實與厚羽服擁有相同的鎖暖效果。
作為材料界的寵兒，氣凝膠得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。研究成果涉及多方面。本文羅列了近期國內(nèi)高校研究團隊的最新研究成果。詳細(xì)內(nèi)容如下：
1、可編程超輕磁性氣凝膠！
近日，來自北京航空航天大學(xué)的謝勇、陳子瑜和科羅拉多大學(xué)博爾德分校的Ivan Smalyukh合作領(lǐng)導(dǎo)的研究小組制備了可編程超輕的磁性氣凝膠，有望用于航空航天飛行器及智能器件領(lǐng)域，從而減輕設(shè)備質(zhì)量，降低運行成本，同時實現(xiàn)人和設(shè)備的遠(yuǎn)程、非接觸互動。
將鐵磁納米顆粒均勻地分散于氣凝膠前驅(qū)物溶液中，然后施加均勻的磁場使鐵磁顆粒擁有一致的磁化取向，等待溶液逐漸固化后，鐵磁顆粒將緊束縛在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而保持一致的磁化方向，最后通過臨界干燥，獲得密度僅為0.12 kg m-3的超輕磁性氣凝膠-即“空氣磁體”（aero-magnet）。
這些超輕材質(zhì)和可編程磁疇的性質(zhì)，發(fā)展的“空氣磁體”還具有良好的疏水性和絕熱性，可以適用于真空、低溫的太空環(huán)境，以及潛在的節(jié)能材料領(lǐng)域。
2、實現(xiàn)秒級溶致形狀記憶效應(yīng)的可拉伸氣凝膠
形狀記憶材料是一種能在外界環(huán)境變化中自主改變自身形狀的新型智能材料；而溶致形狀記憶材料因其非加熱的響應(yīng)方式進(jìn)一步拓寬了形狀記憶材料的應(yīng)用范圍。
南京工程學(xué)院王倡春教授和南京理工大學(xué)應(yīng)三九教授利用聚己內(nèi)酯（PCL）/氧化石墨烯（GO）混合溶液的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變與氧化石墨烯自組裝形成微米級規(guī)則圓形泡孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠。
這種規(guī)則的泡孔結(jié)構(gòu)賦予氣凝膠高可拉伸性。該氣凝膠中相互貫通的泡孔由納米級的聚己內(nèi)酯片層構(gòu)成。聚己內(nèi)酯納米片在乙酸乙酯作用下，迅速產(chǎn)生皺褶，從而使氣凝膠實現(xiàn)秒級溶致形狀記憶效應(yīng)。
A new type of stretchable poly(caprolactone)/graphene oxide (PCL/GO) aerogel with fast chemo‐responsive shape memory effect is fabricated by one‐step method of a sol‐gel procedure. The PCL/GO aerogels show uniformly circular and interconnected pores formed by twisted PCL nanolayers. GO platelets improve the crystallinity of PCL and increase the fracture stress and strain by 150% and 300% respectively, although the GO loading is only 0.5%. The dramatic increment of break strain is attributed to the uniform and circular pores that can afford large deformation and the interaction of GO and PCL. The aerogels can be programmed by external stress at ambient temperature without heating and recover upon ethyl acetate (EA) in 1 s. The fast chemo‐responsive shape recovery is ascribed to the fast wrinkle of the PCL nanolayers that decrease the diffusion time greatly and the interconnected micrometer pores that are in favor of penetrating for EA molecules.
相關(guān)PDF文檔：Fast Chemo‐Responsive Shape Memory of Stretchable Polymer Nanocomposite Aerogels Fabricated by One‐Step Method
3、高活性ZnO-ZrO2氣凝膠用于CO2加氫制芳烴
一般認(rèn)為混合氧化物表面的氧空位在 CO2 的吸附和活化過程中扮演重要角色。氧空位的形成可以通過部分還原處理或者雜原子摻雜的方法來促進(jìn)。
廈大王野教授研究小組通過結(jié)合溶膠凝膠法和超臨界干燥法合成了具有高比表面的 ZnO-ZrO2 氣凝膠，在經(jīng)過 500 攝氏度煅燒后仍然保持 124 m2 g–1 的比表面積，顯著高于文獻(xiàn)報道的 ZnO-ZrO2 混合氧化物比表面積（約 50 m2 g–1）。
經(jīng)超臨界方法干燥后，ae-ZnO-ZrO2 的比表面積可以達(dá)到 471 m2 g–1。
研究發(fā)現(xiàn)利用超臨界干燥法制得的 ZnO–ZrO2 氣凝膠，具有高比表面積和高氧空位密度，且氧空位密度與甲醇中間體的生成速率成線性關(guān)系，證實了氧空位為 CO2 的吸附活化位點。
研究主要針對雙功能體系催化 CO2 加氫制備芳烴過程中時空收率低的問題，設(shè)計合成了小粒徑，高比表面，高氧空位含量的 ZnO–ZrO2 氣凝膠作為活化 CO2 的組分，耦合 H-ZSM-5 分子篩后明顯提高了芳烴的時空收率。
4、高容量無枝晶金屬鋰負(fù)極的MXene/石墨烯氣凝膠
大連化物所二維材料與能源器件研究組（DNL21T3）吳忠?guī)浹芯繂T團隊發(fā)展了一種三維高導(dǎo)電、親鋰性的MXene/石墨烯多孔氣凝膠新材料，并將其應(yīng)用于高鋰載量、高容量、無枝晶金屬鋰負(fù)極，獲得了高比能、長壽命鋰金屬電池。
團隊開發(fā)出一種三維MXene/石墨烯多孔氣凝膠材料，并將其用作鋰金屬的載體，成功構(gòu)筑出柔性的、高鋰載量（3560 mAh g-1）的金屬鋰負(fù)極復(fù)合材料。
三維MXene/石墨烯氣凝膠材料具有高比表面積（259 m2 g-1）、優(yōu)異導(dǎo)電性、良好的親鋰性能，實現(xiàn)了高的庫倫效率（99%），顯著提高了金屬鋰負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性（2700 h），遠(yuǎn)高于目前文獻(xiàn)中報道值。相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會·納米》（ACS Nano）上。
5、零收縮超薄輕質(zhì)石墨烯氣凝膠吸波材料
近日，東華大學(xué)范宇馳、王連軍團隊報道了一種以乙醇為溶劑，3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）為表面改性劑同時也作為交聯(lián)劑的石墨烯氣凝膠制備新方法，避免了傳統(tǒng)方法制備石墨烯氣凝膠出現(xiàn)的體積收縮問題，并實現(xiàn)密度的精確調(diào)控，吸波性能可以通過調(diào)節(jié)氧化石墨烯濃度來進(jìn)行調(diào)控。
在K波段，厚度僅為1.14 mm時，反射損耗達(dá)到-50.3 dB，此外，引入磁性核殼結(jié)構(gòu)Fe3O4@C后，可以進(jìn)一步提升吸波性能，F(xiàn)e3O4@C/GA最低反射損耗為-54 dB，厚度僅為0.99mm，實現(xiàn)了密度可控，輕質(zhì)，強吸收的優(yōu)點。相關(guān)工作以“Ultrathin and Lightweight Graphene Aerogel with Precisely Tunable Density for Highly Efficient Microwave Absorbing”為題發(fā)表在國際著名期刊 《ACS Applied Materials & Interfaces》上。
這種新穎的密度可控石墨烯氣凝膠材料將為5G通信設(shè)備中先進(jìn)吸波材料的設(shè)計制備提供借鑒。
6、CNT氣凝膠——高效穩(wěn)定的氧還原催化劑
武漢科技大學(xué)周盈科教授團隊制備了一種三維氮摻雜碳納米管（N-CNT）氣凝膠催化劑，用于穩(wěn)定地高效催化ORR。研究團隊以聚吡咯為前驅(qū)體，采用便利的“原位”摻雜策略，在不同退火溫度（500, 700, 900, 1050oC）下進(jìn)行熱解處理得到N-CNT氣凝膠。
通過一系列的表征可知，由于具有較高的石墨化程度和合適的摻氮構(gòu)型，PPy/C-1050表現(xiàn)出優(yōu)異的ORR活性和抗衰減性能，加速衰減循環(huán)測試1500次后半波電位比商業(yè)20 wt.% Pt/C催化劑高20 mV，活性保持率也顯著提高（93.0% vs. 81.1%）。該工作為非貴金屬ORR催化劑的設(shè)計與調(diào)控提供了新的思路。
PDF文檔：CNT氣凝膠
