随着AI技术的迅速发展，个人热管理（PTM）作为一种能调控人体微环境的技术，已成为应对热应激的有效策略。近年来，气凝胶作为第三代超级绝热材料，凭借极低的密度和导热系数，为极端恶劣条件和温度波动较大环境下个人热管理的理想选择。 国内相关研究团队综述了可穿戴气凝胶及其在个人热管理中的应用，将个人热管理的应用分为五类：隔热、加热、冷却、自适应调节（涵盖隔热、加热、冷却）及可穿戴智能设备。

1、用于隔热的可穿戴气凝胶

2022 年相关研究人员研发出一种超轻、超弹性的碳化硅纳米纤维气凝胶，可用于个人热能调节，但该气凝胶的机械强度较低，限制了其穿戴性能。此外，相关团队开展了系列研究工作：①通过湿纺工艺开发出一种凯夫拉（Kevlar）气凝胶纤维。该气凝胶纤维可编织成气凝胶纺织品（AT），其导热系数极低，且可实现颜色、相变材料和疏水性等功能化改性（图 1）。②通过流动辅助动态双交联策略开发出一种全纤维素梯度海绵-气凝胶纤维，为合成用于个人热管理隔热纺织品的梯度生物质气凝胶纤维提供了方法。③通过同轴湿纺工艺制备出聚合物包裹的气凝胶纤维，这种气凝胶纤维的拉伸强度较高（5.83 MPa），导热系数相对较高（0.054 W・m⁻¹・K⁻¹），在个人热管理领域具有潜在应用价值。

图1. (a, b) 凯夫拉气凝胶纤维的光学图像。(c, d) 凯夫拉气凝胶纤维的扫描电镜图像。(e) 凯夫拉气凝胶织物的光学图像。(f) 凯夫拉气凝胶织物的显微图像。(g) 凯夫拉气凝胶织物的扫描电镜图像。

尽管气凝胶纤维作为可穿戴材料用于个人热管理，引起了研究者越来越多的关注。然而，要在极端条件下实现低导热系数的隔热效果，仍然面临挑战。为解决上述问题，国内外相关研究人员也做出工作：①以聚乙烯醇（PVA）为孔调节剂，采用冷冻纺丝法制备出用于轻量化、超级隔热的聚酰亚胺（PI）气凝胶纤维，聚酰亚胺气凝胶纤维孔径较小、柔韧性较好、可编织性强、孔隙率较高（95.6%），且机械强度有所提高。在 - 196°C 至 300°C 的温度范围内均表现出理想的隔热性能。②研发了柔性凯夫拉气凝胶薄膜，该薄膜具有可穿戴性、透气性和单向液体渗透性。具有较高的红外反射率（72.77%），在低温环境下，与凯夫拉气凝胶相比，能使温度降低 5°C。

2、用于加热的可穿戴气凝胶

在加热可穿戴气凝胶方面，有关研究人员设计了一种基于气凝胶的太阳能 - 热能接收器，该气凝胶具有高光学透明度，能让太阳光入射；同时导热系数极低，可防止热量散失，且无需真空外壳。此外，有关人员开发了一种仿生多层结构（BMS），该结构灵感来源于北极熊的三层皮肤（图2），实验表明，有无仿生多层结构的温度差最高可达 60°C，且仿生多层结构能在 0.5-2.5 小时内将温度维持在 20°C 以上。

图 2. (a) 北极熊的示意图与照片 [169]。(b) 北极熊皮肤结构的示意图。(c) 仿生保暖结构（BMS）的结构示意图。(d) 仿生保暖结构（BMS）在寒冷环境中的拟应用场景。(e) 二氧化硅气凝胶的照片。(f) 仿生保暖结构（BMS）的俯视图；(g) 仿生保暖结构（BMS）的侧视图

此外，有关还采用冰模板法和乳液模板法，利用碳纳米管（CNT）制备出焦耳加热气凝胶。通过调控气凝胶的微观结构（如孔隙率和石墨化程度），可以控制碳纳米管气凝胶的焦耳加热性能，如稳态核心温度和加热动力学。气凝胶的焦耳加热效率与其导热系数高度相关，导热系数越低，焦耳加热效率越高。有趣的是，单一气凝胶材料也可实现焦耳加热和太阳能加热双模加热功能。

3、用于冷却的可穿戴气凝胶

近年来，研究发现，气凝胶在被动辐射冷却方面做了大量研究工作。

相关人员提通过添加剂冷冻铸造技术，合成出一种具有各向异性太阳反射率（面外反射率为 97%）和极低面外导热系数（0.0169 W・m⁻¹・K⁻¹）的氮化硼气凝胶。这种各向异性气凝胶能最大限度地减少太阳加热效应，实现 7°C 的亚环境冷却（即温度低于环境温度）。相关人员通过一种可规模化的非溶剂相分离（NSPS）策略，设计并制备出一种高度柔性、耐用、防水且透气的气凝胶功能化热塑性聚氨酯（TPU）薄膜，该薄膜以二氧化硅气凝胶为功能基团（图 10）。这种气凝胶功能化热塑性聚氨酯薄膜呈白色不透明状，太阳反射率为 0.69-0.89，红外发射率为 0.90-0.96。在 820 W・m⁻² 的太阳辐射下，该薄膜能实现 10°C 的稳定亚环境冷却。

图3. (a) 热塑性聚氨酯（TPU）薄膜的制备过程示意图。(b) 拟议的纳米多孔支撑结构（NSPS）方法示意图。(c) 尼龙 / 热塑性聚氨酯（TPU）复合薄膜的实物照片。插图：防水透气性测试的实物照片。(d) 直射阳光下穿戴实验的红外图像 

4、用于自适应热调节的可穿戴气凝胶

针对温度调节的双模加热和冷却策略仍面临挑战，研究者报道了一种包含相变材料的聚酰亚胺 - 氮化硼（PI-BN）杂化气凝胶纤维和纺织品（图4），这种气凝胶支撑的相变材料纺织品具有较高的潜热（125.8 J・g⁻¹）、较高的导热系数（5.34 W・m⁻¹・K⁻¹）和良好的稳定性（无泄漏），在不同环境中可实现冷却和加热的双模个人热管理功能。此外，这材料经过 100 次加热 - 冷却循环后仍保持较高的潜热，在智能个人热管理领域具有良好的应用前景。同时，受大气气候调节效应的启发，相关学者提出了一种用于隔热和散热的气凝胶热开关，，设计并合成出一种超轻、超弹性的凯夫拉气凝胶（HEKA）（图4）。凯夫拉气凝胶具有良好的稳定性（即使在 - 196°C 下，也能承受 80% 的可逆压缩）和极低密度（4.7 mg・cm⁻³）、超弹性和低导热系数（0.029 W・m⁻¹・K⁻¹）。

图4. (a) 针对超轻质中空弹性气凝胶（HEKAs）提出的 SPR G-TIC 方法及其作为热开关的应用示意图；(b) 气凝胶热开关的结构示意图；(c) 不同压缩应变下 HEKA-2 的温度响应特性。

5. 用于智能设备的可穿戴气凝胶

随着气凝胶技术的快速发展以及跨学科研究兴趣的不断增加，气凝胶的应用已超越热管理领域，在可穿戴压力传感、能量存储和报警等领域取得了显著进展。其中，压力传感受到了研究者越来越多的关注。

相关研究人员人报道了一种基于芳纶纳米纤维（ANF）和导电 MXene 的复合气凝胶薄膜，该薄膜具有分级多孔结构，可作为压力传感器使用。这种芳纶纳米纤维 / MXene 复合气凝胶薄膜具有柔韧性，拉伸强度为 14.1 MPa，模量为 455 MPa，因此在电加热和热屏蔽领域具有潜在应用价值。此外，具有疏水结构的气凝胶薄膜还可实现多功能传感应用，能检测人体运动和微表情，灵敏度高（37.4 kPa⁻¹），响应时间短（100 ms）（图5）。

图5.气凝胶薄膜传感器的结构设计与其性能之间的内在关联

  尽管可穿戴气凝胶发展迅速，仍面临需性能、价格及产业化等方面瓶颈：未来，气凝胶通过结构改性与功能优化，将逐步突破传统穿戴材料的工艺，为极端环境防护、医疗健康监测、日常穿戴升级等场景提供了全新解决方案。

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