纳米纤维气凝胶的研究背景
➣气凝胶的低容重、高孔隙性质和大的表面积使其成为从隔热、分离、生物医学到声学等各种应用的理想选择。
➣传统气凝胶的制造过程耗时长，步骤复杂，且普遍缺乏机械稳定性，这对其大规模、高性价比的应用提出了重大挑战。
➣最近的研究表明，在气凝胶中纤维网络的存在加强了它的机械性能。
➣纳米纤维气凝胶具有高孔隙率、良好的孔隙互联性、整体结构、大小形状可控、原料丰富等优点，引起了能源、环保、传感器等各个领域研究人员的广泛兴趣和关注。
不同形状的纳米纤维气凝胶和纳米纤维气凝胶超轻性能展示
纳米纤维气凝胶的研究进展
1.1 中国科大研制超弹性硬碳纳米纤维气凝胶（2019.4.15 online)
➣中国科学技术大学俞书宏教授团队受自然界蜘蛛网同时具有高强度和弹性的启发，巧妙通过模板法构筑纳米纤维网络结构，制备了一系列具有纳米纤维网络结构的硬碳气凝胶。该系列气凝胶具有超弹性、抗疲劳以及稳定性好等优点。
➣这种硬碳气凝胶微观结构精细，由大量的纳米纤维和纳米纤维之间的焊接点构成。
➣这种方法简单高效，容易放大生产，通过调节模板与树脂单体的添加量，可简便地调控纳米纤维的直径、气凝胶的密度、机械性能等。
1.2 水下超弹性纳米纤维气凝胶用于高效分离蛋白质（2019.11.2 online)
➣东华大学丁彬教授团队首次将静电纺丝、低温诱导相分离调节和原位磷酸化修饰相结合，制备了一种新型的高磷酸化纳米纤维气凝胶(PNFAs)。
➣PNFAs具有优异的水下超弹性和良好的抗压疲劳性能(经过1000次压缩循环后约0%的塑性变形)，以及良好的形状记忆性能。
➣PNFAs还表现出优越的性能稳定性、易于组装和突出的适用性，突出了其潜在的实际应用。
1.3 用于高性能非对称超级电容器的弹性和层次化碳纳米纤维气凝胶（2019.11.23 online)
➣北京化工大学于中振教授和杨冬芝教授团队以聚乙烯吡咯烷酮为焊料，电纺聚丙烯腈纳米纤维与相邻的纳米纤维焊接，再经冷冻干燥、碳化、CO2活化，制备出具有良好导电性、良好可逆压缩性能的弹性气凝胶负极材料。
➣在金属Co的催化下，碳纳米管(CNTs)均匀地生长在气凝胶的表面，而碳纳米管尖端的Co纳米颗粒被原位氧化为Co3O4纳米颗粒。
➣CNF气凝胶为负极，混合气凝胶为正极组装的非对称超级电容器在780.2 W kg-1时，展现出相当高的能量密度48.1 W h kg-1。
➣本研究为高效储能的轻质弹性电极材料的制备提供了一种新的思路。
1.4 电纺纳米纤维的均匀强化有效增强聚酰亚胺气凝胶的机械强度和隔热性能（2019.11.25 online)
➣东华大学刘天西教授团队以电纺聚酰亚胺纳米纤维为增强填料，实现了聚酰亚胺气凝胶的均匀性增强。短纳米纤维与聚酰亚胺气凝胶具有良好的相容性，通过机械互锁效应将应力沿孔壁分散，可以提高气凝胶的强度和韧性。
➣纳米纤维增强的聚酰亚胺(NRPI)气凝胶具有更好的结构成型性和优异的机械性能，其压缩模量为3.7 MPa，密度为54.4 mg cm-3，几乎是纯聚酰亚胺气凝胶的两倍。
➣由于具有高孔隙率和交织的三维网络，在高温下，NRPI气凝胶比商业绝缘材料表现出更好的隔热性能。
1.5 超弹性、抗疲劳碳纳米纤维气凝胶（2019.11.27 online)
➣中国科学技术大学俞书宏教授团队在石墨化碳纳米纤维气凝胶中，通过对热解化学的工程处理制备了碳纳米纤维气凝胶，其完美地继承了细菌纤维素从宏观到微观的层次结构，具有显著的热机械性能。
➣在经历2×106次压缩循环后仍能保持超弹性而不发生塑性变形，在至少- 100 ~ 500℃的温度范围内具有优异的温度不变超弹性和抗疲劳性能。
➣这种气凝胶在热机械稳定性和抗疲劳性能方面比高分子泡沫、金属泡沫和陶瓷泡沫有独特的优势，实现了可扩展的合成，并具有生物材料的经济优势。
1.6 超轻、高压缩性、疏水性和各向异性纳米纤维气凝胶作为除油吸收剂（2019.11.30 online)
➣南京林业大学徐朝阳副教授团队采用定向冷冻干燥和碳化工艺制备了一种可压缩、各向异性的层状疏水亲脂石墨烯/聚乙烯醇/纤维素纳米纤维碳气凝胶(a-GPCCA)。
➣定向冷冻干燥导致层状相连的三维多孔结构，具有较高的吸附能力(重量的155-288倍)，压缩性好(重复后95%恢复)。
➣碳化使其具有良好的热稳定性和疏水性，从而具有油水选择性和燃烧循环性(10次吸附燃烧循环后，吸油能力仅降低10.2%)。
➣因此，各向异性碳纳米纤维气凝胶有望成为一种环境友好的吸油材料。
1.7 新型三维纳米纤维气凝胶基MoS2@Co3S4异质结光催化剂（2019.12.18 online)
➣南京大学刘富强教授团队在纳米纤维气凝上采用双模板化方法制备二硫化钼@硫化钴(MoS2@Co3S4/NFA)催化剂，考察了其对典型污染物的转化和析氢反应的性能。
➣MoS2@Co3S4/NFA对典型污染物(Cr(VI)、磺胺甲恶唑和细菌)具有良好的光催化活性，并具有良好的析氢活性。
➣由于异质结构在电荷分离中起着显著的作用，因此构建光催化剂的异质结构是提高其催化活性的另一种有效方法。
1.8 溶胶-凝胶电纺纳米纤维制备多功能纳米纤维气凝胶（2019.12.9 online)
➣北卡罗莱纳州立大学Saad A. Khan团队提出了一种制备溶胶-凝胶电纺硅-纤维素二乙酸酯(CDA)复合纳米纤维的简便方法，用于制备热机械性能稳定的纳米纤维气凝胶。
➣热处理将硅胶- CDA网络强力粘合在一起，从而提高气凝胶的机械稳定性和疏水性，同时又不影响其高孔隙率(>98%)和低容重。
➣二氧化硅和CDA网络之间形成了牢固的化学键，导致交联结构的形成，从而增强了机械性能和热鲁棒性，并增强了对油的亲和力。
➣混合气凝胶超疏水性和高亲油性使其成为清理溢油的理想选择。
