芳纶纳米纤维（ANF）气凝胶因其较低的密度（低至0.02 g/cm³）、高比表面积（高达225 m²/g）、优异的机械强度（拉伸强度>83.2 MPa）以及出色的热稳定性（热分解温度>500°C），在航空航天热防护系统、新能源汽车锂电池隔膜、节能建筑玻璃和先进防护装备等领域具有巨大应用潜力。然而，ANF气凝胶在智能热管理应用中仍存在诸多局限。一方面，固态与气态热传导的协同效应导致其整体热导率仍较高（30-50 mW/(m K)），另一方面，尽管ANF具有耐高温特性，但在明火条件下仍难以完全满足建筑防火要求。此外，由于芳纶纤维与空气的折射率差异，纤维网络会产生强烈的米氏散射，导致红外透过率显著降低，严重影响其在智能窗等应用中的使用。近年来的研究致力于通过改性和复合材料策略，虽已有显著进展，开发兼具低热导率、高近红外透过率和高阻燃特性的芳纶纤维气凝胶仍面临挑战。

基于此，best365足球官网崔升教授、吴晓栋副教授团队与中国科公司苏州纳米技术与纳米仿生研究所轻量化实验室王锦研究员团队联合提出了一种微相分离策略，将水相的铝溶胶引入油相ANF溶胶中，通过两相分离诱导三维多孔结构向狭缝孔形态演变，有效降低光散射并提高近红外透过率。同时，引入氧化铝显著降低了材料的热导率并增强了其耐火性，成功制备了一系列高近红外透过率的可编织ANF@Al₂O₃复合气凝胶薄膜。该策略不仅克服了传统氧化铝气凝胶的脆性，还显著提升了ANF气凝胶的隔热性能和阻燃性能。拉伸测试表明，ANF@Al₂O₃-3的弹性模量达到41.869 MPa，是ANF气凝胶的2.1倍。ANF@Al₂O₃-5和ANF@Al₂O₃-10的模量分别保持在25.4 MPa和24.1 MPa。同时，复合气凝胶的导热性从34.1 mW/(m K)（ANF）逐渐降低至30 mW/(m K)（ANF@Al₂O₃-10），显示出优异的隔热能力，有限元计算进一步揭示了上述热、力学特性的内在本质。当置于100°C的热台上时，复合气凝胶表面温度与热台表温度相差超过25°C，证实氧化铝纳米颗粒有效降低了热导率并增强了隔热性能。与ANF气凝胶相比，ANF@Al₂O₃-10具有更优异的阻燃性能。在近红外范围（780-2500 nm）内，复合气凝胶展现出高达90.77%的优异光学透过率，确保大部分近红外光能穿透材料并到达底层吸收体，从而最大化太阳能加热效率。值得注意的是，在10:30至14:00的测试期间，当环境温度稳定在29.33°C且平均太阳辐射量为677.6 W/m²时，ANF@Al₂O₃-10的内部温度最高达到50.46°C，相对环境温度提高了72.22%。这项工作为智能建筑中被动太阳能加热系统的应用提供了新型高性能材料的设计思路。

相关研究成果以“Aramid Nanofiber@Al₂O₃composite aerogels toward ultra-High near infrared transmittance and low thermal conductivity for robust passive thermal managements”为题发表于Advanced Composites and Hybrid Materials（IF=21.8）期刊上。

原文链接

https://doi.org/10.1007/s42114-025-01543-3

研究内容

图1 a ANF @Al₂O₃-n合成过程的示意图，bAl₂O₃气凝胶的宏观外观，c薄膜状复合气凝胶置于花朵上的图像，d复合气凝胶形状可变形性的演示。

图2 a ANF的SEM，b ANF@Al₂O₃-10的SEM。c ANF @Al₂O₃的FT-IR，d N₂吸附-脱附等温线，e BJH孔径分布曲线，f ANF @Al₂O₃的XRD图谱，g ANF @Al₂O₃的密度和孔隙率，h ANF @Al₂O₃的TG曲线，i ANF @Al₂O₃的DTG曲线。

图3 a ANF@Al₂O₃的柔韧性演示，b应力-应变曲线，c弹性模量变化，d拉伸测试照片及显微结构示意图，e在相同100 N拉伸载荷下，ANF纤维结构（左）与ANF@Al₂O₃复合结构（右）的等效应力分布，f对应的等效应变分布，g ANF、ANF@Al₂O₃-1和ANF@Al₂O₃-10的阻燃性能测试，h阻燃机制。

图4 a ANF @Al₂O₃的热导率，b热板加热装置及隔热机制的示意图，c加热30分钟后红外热像，d 100°C热台上加热过程中气凝胶的表面温度分布，e ANF和ANF@Al₂O₃表面相对于100°C热台的温差。f ANF@Al₂O₃复合材料在不同氧化铝颗粒体积分数下的理论热导率，g在127°C热边界条件下ANF气凝胶经过300 s传热模拟后的温度分布，h在相同模拟条件下ANF@Al₂O₃复合材料的温度分布。

图5 a ANF@Al₂O₃近红外光透过示意图，b 380-2500 nm的透过率，c 750-2500 nm范围的放大光谱，d太阳能加热过程示意图，e太阳能辐射机制与测试装置示意图，f太阳能加热过程中的温度变化，g ANF@Al₂O₃与其他气凝胶基材料的太阳能加热能力对比。

best365足球官网崔升教授、吴晓栋副教授与中国科公司苏州纳米技术与纳米仿生研究所轻量化实验室王锦研究员为本工作的共同通讯作者，best365足球官网与中科院苏州纳米所联培硕士生陈亚楠和中科院苏州纳米所博士后葛斯佳为论文的共同一作。