气凝胶纤维具有超低密度、超高孔隙率、大比表面积等特点，同时具有气凝胶的多孔网络和纤维的细长几何形状，在保温方面比天然纤维和合成纤维具有关键优势，被认为是人类下一代高性能保温纤维。然而，如何在溶胶-凝胶的动态转变过程中控制生成的气凝胶纤维的砌块取向程度，以扩展其功能，用于新兴应用仍是一个巨大的挑战。

近日，瑞士联邦材料科学与技术研究所以及瑞士苏黎世联邦理工大学的科研人员对气凝胶团队的最新研究成果“General Suspended Printing Strategy toward Programmatically Spatial Kevlar Aerogels”（ACS nano, 2022, 16, 4905-4916）进行了专题介绍，相关内容以“Universal strategy for rapid 3D printing of aerogels”为题发表于Cell杂志社旗下的《Matter》上。

气凝胶具有低密度和高比表面积的三维多孔结构，已成为一种满足电子和能源设备轻量化应用要求的理想候选材料。近年来，对于气凝胶的微结构设计受到越来越多的关注。然而，随着应用需求的多样化和应用场景的复杂性，除了块状气凝胶外，还需要设计成多种形式，尤其是自支撑气凝胶薄膜。受块状气凝胶微观结构设计的启发，在碳纳米管气凝胶薄膜中引入致密化工艺可能是提高碳基气凝胶薄膜导电性和力学性能的有效途径。利用热压法可以将水凝胶制备成薄膜，但在热压过程中，水凝胶在大气压下干燥，会导致孔隙结构的坍塌。因此，构建高导电性和高孔隙率的碳纳米管基气凝胶薄膜仍然是一个挑战。

气凝胶纤维是一种具有高比表面积、高孔隙度、低密度等特性的新型纤维材料。气凝胶纤维的多孔结构可以方便地与其他功能组分结合，在实现材料功能化方面具有独特优势。然而，已报道的功能化气凝胶纤维多为单一功能化材料，如何设计制备多功能集成的智能纤维面临巨大挑战。西北工业大学孔杰教授与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同研究员合作，将吸湿性LiCl引入到打孔石墨烯气凝胶纤维中，得到具有吸湿性的石墨烯气凝胶智能纤维（LiCl@HGAFs），实现了可空气集水、吸附制冷/制热与电磁波吸收功能的集成。

气凝胶是一种具有三维连通网络的纳米多孔固体，具有超大比表面积、超低密度、高孔隙率等特点，在汽车和航空航天组件的隔热/隔音、环境处理、储能器件和医疗设备等方面有着重要应用。气凝胶的应用场景，无论是作为设备的功能组件还是作为单个使用对象，通常都具有不规则的外观。因此在气凝胶各种应用中，不仅需要展示其非凡的功能，还需要具有任意形状的外观结构。

氮化硼气凝胶是一种超轻陶瓷材料，具有优异的热/电绝缘性能、良好的化学稳定性和高温抗氧化性能，这为其在极端条件下的各种应用提供了优势。然而，以往报道的氮化硼气凝胶在空气气氛中难以抵抗900℃以上的高温，提高氮化硼气凝胶的高温抗氧化性能仍然是一项巨大的挑战。受工业玻璃生产工艺的启发，我们通过对磷酸钙与三聚氰胺二硼酸盐结构进行高温反应，将Ca原子引入到BN的晶体结构中，合成了一种具有耐高温氧化性的钙掺杂氮化硼气凝胶。

利用热整流器件对热量进行控制，使其按需、有序传输，对提高能源利用率、实现高精度温度控制具有重要意义。热二极管即是给定温差条件下正方向热流大于反方向热流的整流器件。热二极管可通过非对称纳米结构实现，或通过“Junction”结构构筑而成，前者需要精细纳米结构，通常涉及复杂合成/制备过程，且整流性能有限；后者需要两种热导率随温度变化趋势不同材料构建异质结。相变材料相转变过程通常涉及热导率突变，利用相变材料构筑热二极管可获得良好热整流性能。然而，已报道相变热二极管均为刚性，不适用于曲面，即使为适应曲面而预制，也会在使用过程中因温度变化引起的膨胀/收缩与曲面之间产生间隙而失效。针对上述难题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（简称：中科院苏州纳米所）气凝胶团队，提出了气凝胶薄膜限域相变流体构筑柔性热二极管策略。

固态照明（发光二极管(LED)、激光二极管(LD)）具有高效和使用寿命长等优点，有望取代传统照明。输出功率随输入功率线性增加的LD不仅效率可与LED相媲美，还兼具照射距离远、结构紧凑等优点，有可能成为下一代照明光源。但是如何将高度汇聚的单色LD光源转化为照明所需的三维立体均匀白光，仍然是一项紧迫而严峻的挑战。

众所周知，固固复合材料是以一种固体材料为基体相而以另一种固体材料为增强相形成的复合材料，其具有轻质高强特征，已广泛应用于航空、航天、汽车工业、计算机等各个领域；另一方面，液液复合材料，即乳液，也已在日常生活中得到普遍应用，如护肤品、油漆等。固固复合材料以固体状态存在，本质上属于固体材料范畴；而液液复合材料以液体状态存在，本质上属于液体材料范畴。固体材料具有骨架稳定、易成型、可加工、力学性能好等特点，但固体材料往往难以发生快速动态响应；液体具有界面光滑、动态响应、传质效率高、自修复等特征，但液体本身很难自支撑使用。有别于固固复合材料和液液复合材料，近年来，固液主客体复合材料作为新兴材料领域引起了众多研究学者的广泛关注。

气凝胶纤维由于结合了气凝胶的轻质、多介孔特性与纤维的柔韧、细长特性，而在智能织物、柔性电子设备和光学器件等领域受到越来越多的关注。然而，目前的气凝胶纤维的合成方法和性能还面临着一些挑战。例如，开发的石墨烯气凝胶纤维的电导率仍不足以满足一些实际应用，如电加热和电磁屏蔽等。因此，制备具有性能增强的气凝胶纤维或制造具有新型纳米结构单元的新型气凝胶纤维仍然是一项紧迫而关键的任务。

国际知名工程学网站“Advances in Engineering”（简称AIE）将气凝胶团队的研究成果“Bending Stiffness-Directed Fabricating of Kevlar Aerogel-Confined Organic Phase-Change Fibers”（ACS Nano, 2021 15, 15180-15190）遴选为关键科学文章，并进行重点报道。

智能或功能纤维在可穿戴及其他高科技领域已显示出巨大潜力，但设计和制备结构可控的智能或功能纤维仍然面临巨大挑战。最近，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所气凝胶团队通过一种巧妙的弯曲刚度导向策略，制造出具有不同功能的有机相变纤维，并探索其在不同领域的应用前景。

随着电子产品小型化、集成化和高功率化，如何控制电子产品所产生的热量已成为备受科研人员关注的重大科学问题之一。相变材料具有相变潜热高、稳定性能好等优点，在热能储存和热管理邻域具有巨大应用潜力。然而，如何制备出能在低温环境下工作的阻燃相变薄膜仍面临挑战。为此，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同研究员团队与海南大学廖建和教授团队合作，通过溶解芳纶获得芳纶纳米纤维（ANF），再经刮涂、溶胶-凝胶、多巴胺原位聚合等过程得到阻燃性能优异的聚多巴胺/芳纶纳米纤维（PANF）气凝胶薄膜；以此气凝胶薄膜为多孔主体负载低共熔（DES）相变客体，制备出具有阻燃和低温热管理功能的PANF-DES主-客体相变薄膜。

气凝胶是一种高性能的轻质开孔固体，具有超低的密度，高的比表面积，并在许多新兴领域（包括生物技术，能源，环境，航空航天等）中得到广泛应用。在防止亲水性气凝胶方面仍然存在巨大的挑战在环境条件下的制造过程中，在其极其丰富的纳米孔中用空气代替溶剂时，骨架收缩。最近，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同研究员/王锦副研究员团队从具有进一步缩合反应的线性聚合物前体开始，通过环境压力干燥工艺成功地获得了具有自增强微结构和最小体积收缩率的超亲水性二氧化硅气凝胶，并且在低表面张力的情况下不使用任何添加剂溶剂。

气凝胶纤维是通过溶胶-凝胶纺丝和特种干燥技术直接获得的一种超轻多孔的新型高性能纤维，是气凝胶结构在纤维材料中的完美体现。气凝胶纤维因其具有高孔隙率、低密度和优异的隔热保温性能而受到广泛关注，并被视为下一代保暖纤维，有望颠覆羽绒，替代超细纤维，在纺织、环境、能源等诸多领域具有重要应用前景。

气凝胶是一种具有三维多孔网络结构的超轻固体材料，具有超低热导率，能够作为一种超级隔热材料，在航天航空、建筑节能、电动汽车及便携式电子设备等领域发挥重要作用。然而，目前大部分气凝胶均为宏观块体形态，不具备纤细、轻薄、柔长等特征。另一方面，气凝胶材料自身所具有的弱力学强度，使得其后加工（如切割、压缩）相对困难。因此，对于气凝胶低维宏观形态的设计依旧具有一定的挑战性，制约了气凝胶材料在限域空间热量管理的功能发挥，如未来新兴的5G便携式/可穿戴电子系统的实际热控需求。

氧化硅气凝胶是一种多孔材料，具有低密度、高孔隙率、高比表面积以及低热导率等独特性能，在环境、能源、催化、建筑等领域得到了广泛应用。其制备过程主要涉及溶胶凝胶、老化和干燥过程。受制于其缓慢凝胶过程，目前氧化硅气凝胶难以形成连续纤维，从而限制了其应用范围。

超材料是一种新兴的人工材料，它具有工程结构诱导的非常规性能，如负磁导率、负介电常数、负导热系数等，在电磁学、声学、等离子体、力学、热学等领域有着广阔的应用前景。其中，具有负泊松比结构的力学超材料，描述了给定材料在拉伸或压缩时的横向变形程度。因其具有出色的机械性能，如抗剪切、抗压痕、断裂韧性、阻尼性能等，在航空航天、智能系统及生物医学设备等领域具有重要的应用。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（苏州纳米所）张学同研究员与海南大学陈永平教授合作，将高强度芳纶纳米纤维（ANF）与导电/热的碳纳米管（CNT）复合，制备出ANF/CNT杂化气凝胶薄膜，可同时获得优异的力学性能和电学性能，最后辅以疏水的氟碳（FC）树脂，制备出疏水的FC-ANF/CNT气凝胶薄膜。

石墨烯气凝胶，经由石墨烯片层三维搭接、组装而来的石墨烯宏观体材料，具有三维连续多孔网络结构，表现出高比表面积、高孔隙率、优异导电性能及电化学行为，在能源存储、传感、吸附、复合材料等领域有重要应用前景。