中科院苏州纳米所张学同Small Methods：3D打印制备智能冲击防护蜂窝
气凝胶是一种具有连续固体骨架和多孔网络的纳米材料，因其具有超低密度、大比表面积、高孔隙率、超低热导率和优越的吸附能力等特性，在航天器热防护、环境处理、组织工程、多功能载体等方面具有重要应用。目前研究人员已经对气凝胶种类（如氧化物气凝胶、聚合物气凝胶、碳气凝胶等）和维度（1D纤维、2D薄膜和3D块体）展开了大量的研究，但更复杂气凝胶工程结构(如蜂窝)的制备和应用尚未得到充分探索。
苏州纳米所张学同研究员团队以芳纶纳米纤维/二甲亚砜分散液为墨水，采用干冰辅助3D打印直写成型技术，使墨水在打印的过程中发生溶胶-冻凝胶的转变，后经溶剂置换和超临界干燥技术，定制出芳纶纳米纤维气凝胶蜂窝，所得芳纶气凝胶蜂窝孔壁具有丰富的介孔结构，比表面积高达333.18 m2 g−1，可产生强大的毛细管力，以纳米限域其它功能客体。
剪切变硬凝胶（SSG）是一种在环境应变率刺激下可进行软硬智能切换的相变材料，能耗散大量的冲击能。然而，SSG仍存在以下弊端：(1)易蠕变、泄漏，无固定形状，不能单独使用；(2) 将其与传统材料（如惰性的芳纶纤维）复合，由于层间结合强度较差，容易出现界面失效；（3）复合物中SSG占比少，难以发挥作用。通过在芳纶气凝胶蜂窝孔壁中选择性限域剪切变硬凝胶，而同时保留蜂窝结构中的六角大孔通道，获得了主-客体复合蜂窝。复合蜂窝在准静态压缩过程中表现出柔软特性，在动态机械分析中表现出随频率增大储能模量变大的频率响应行为，在高速冲击中表现出“遇强则强，遇弱则弱”的应变率响应行为（当外界应变率为6300 s−1时，其冲击韧性可提高至176 J g−1；拟合所得的响应灵敏度为4.16×10−4，可同时具有较高的冲击韧性和响应灵敏度）。这种优良的能量吸收性能来源于SSG的剪切变硬效应、SSG基体中芳纶纳米纤维的增强作用、芳纶纳米纤维与SSG基体之间强大的界面相互作用以及蜂窝缓冲结构之间的协同作用，有望用于软体防护装备。上述研究为芳纶气凝胶的工程结构设计、打印和应用开发奠定基础。
论文信息：
Smart Energy-Absorbing Aerogel-Based Honeycombs with Selectively Nanoconfined Shear-Stiffening Gel
Qingqing Cheng, Jing Lyu, Nan Shi, Xuetong Zhang*
Small Methods
DOI: 10.1002/smtd.202300002
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