【引言：智能材料： V3O7·H2O/VO2(A) 纳米带气凝胶】

在科技飞速发展的今天，随着小型化和高度集成电子设备的广泛应用，现有单功能吸收器难以满足智能电磁防护和雷达-红外隐身的需求。智能材料正逐渐成为推动各领域创新的关键力量。

近期浙江师范大学童国秀教授团队最新研发的V3O7·H2O/VO2(A)纳米带气凝胶，独特的性能和广泛的应用前景、集电磁保护、雷达-红外隐身、热管理和应变传感等多种功能于一身，更在极端环境下展现出卓越的性能。这些气凝胶能够显著降低目标的RCS（约38.65 dB m²）以及低热导率（0.0255 W m⁻¹ K⁻¹），使其成为先进的雷达红外隐身材料。此外，由于金属相/半导体异质界面的分层结构、丰富的缺陷和可调孔隙度，它们表现出动态可调谐灵敏度、电导率和电热性能。总体来说，多功能的V3O7·H2O/VO2(A)纳米带气凝胶在智能电磁防护、雷达红外隐身和可穿戴应变感测方面展现出显著潜力，尤其是在极端环境条件下。

🔬【材料亮点：四大核心性能】🔬

1. 智能电磁保护，应变调控新境界

V3O7·H2O/VO2(A)气凝胶通过应变调控，实现了电磁波吸收与屏蔽功能的智能切换。在0%应变下，其电磁波吸收强度高达-45.62 dB，带宽达8.08 GHz，有效吸收电磁波；而在95%高应变下，电磁屏蔽效果（SE T）提升至46.9 dB，覆盖2-18 GHz频段，实现高效屏蔽。这种“应变智能”特性，让电磁保护更加灵活多变，满足不同场景需求。

2. 雷达-红外双隐身，低可探测性新标杆

该气凝胶的层状多孔结构，结合丰富的缺陷和异质界面，使其在雷达波和红外波段均表现出极低的可探测性。实验数据显示，其雷达散射截面（RCS）降低值高达38.65 dB m²，远超同类材料，为先进飞行器和装甲车辆提供了卓越的隐身性能。同时，其低红外发射率特性，进一步增强了红外隐身效果。

3. 卓越热管理，极端环境下的温暖守护

V3O7·H2O/VO2(A)气凝胶具有超低热导率（0.0255 W m⁻¹ K⁻¹），在热管理方面表现卓越。无论是炎热的沙漠还是寒冷的极地，这种材料都能有效隔绝外界温度，保持内部环境稳定。通过COMSOL模拟和实际红外热成像测试，验证了其出色的热绝缘性能，为军事伪装和精密电子设备提供了有力支持。

4. 高灵敏度应变传感，实时监测新利器

得益于其独特的层状多孔结构和丰富的缺陷，该气凝胶在应变传感方面也表现出色。其灵敏度（GF值）在75%应变下达到1.957，远超同类材料，能够精准捕捉外部应变变化。无论是监测人体运动还是实时反馈结构健康状态，这种材料都能提供可靠的数据支持，为可穿戴设备和人工智能装置带来了新的可能。

💡【创新之处】💡

1. 独特的层状多孔结构制备

童国秀教授团队采用一步水热-冷冻干燥法，成功制备出具有层状多孔结构的V3O7·H2O/VO2(A)气凝胶。这种方法不仅操作简便，而且能够精确控制材料的相态、形态和缺陷，为材料性能的优化提供了坚实基础。

2. 应变触发的性能动态调控

与传统的静态材料不同，V3O7·H2O/VO2(A)气凝胶的性能可通过外部应变进行动态调控。这种“应变智能”特性使得材料能够根据实际需求，灵活切换电磁波吸收与屏蔽模式，满足不同场景下的应用需求，展现了极高的灵活性和适应性。

3. 跨领域的应用潜力挖掘

从电磁保护到雷达-红外隐身，从热管理到应变传感，V3O7·H2O/VO2(A)气凝胶展现出了广泛的应用潜力。无论是消费电子、航空航天还是军事装备，这种材料都能发挥重要作用，推动相关领域的技术进步和产业升级。

🔍实验设计：应变调控，精准测量 🔍

为了全面评估VxOy气凝胶的应变传感性能，研究团队设计了系列实验，通过精确控制气凝胶的应变状态（从0%到95%），采用高精度挚盒RC电阻测试仪连接气凝胶传感器（图6. a），并实时监测其电阻变化，确保数据的准确性和可靠性。

实验结果表明，VxOy气凝胶的电阻值随应变的增加而显著变化，呈现出良好的应变-电阻响应特性。具体数据如下：

0%应变：气凝胶处于自然状态，电阻值较低，展现出良好的导电性。

50%应变：随着应变增加，气凝胶内部结构发生变化，电阻值逐渐上升，但仍在可控范围内。

75%应变：电阻值显著增加，传感器展现出高灵敏度，GF值（Gauge Factor，灵敏度系数）达到1.957，远超同类材料。

95%应变：在极端应变条件下，气凝胶仍能保持稳定的电阻响应，展现出优异的机械稳定性和耐久性。

💡 机制解析：层状结构+异质界面 💡

VxOy气凝胶之所以能在应变传感方面表现出色，得益于其独特的层状多孔结构和金属-半导体异质界面。在应变作用下，气凝胶内部的导电通路发生变化，导致电阻值发生显著变化。同时，异质界面处的电荷转移和重新分布也进一步增强了传感器的灵敏度。

📊图解导读：

图1.（a1–a3）超长层状VxOy纳米棒与（a4，a5）VxOy气凝胶的形成过程示意图。（b1，b2，c1，c2）扫描电镜图像，（b3，b4，c3，c4）透射电镜图像，（b5，c5）SAED 图谱，（b6，b7，c6，c7）不同温度（Tr）下形成的VxOy气凝胶元素分布图：（b1–b7）120°C，（c1–c7）200°C。（d1）XRD 图谱，（d2）晶格结构，（d3）晶格缺陷（通过内应力  表示）及晶粒尺寸(D)；（e1）电子顺磁共振谱，（e2）氧空位缺陷（通过V4+、Ov和自旋表示）。性能参数：(f)电导率（），(g) EABW /d和最小电阻（RLmin），(h)热导率（TC）随Tr的变化关系。

图2。(a)应变调制，（b1–b6）扫描电镜图像，(c)压缩应力-应变曲线，（d1）密度，（d2）孔隙率，（e1）电导率（），（e2）气凝胶连接成LED灯电路时的发光实验。气凝胶的应用包括：（f1）电磁防护，（f2）雷达隐身与红外隐身，（f3）热管理，以及（f4）应变传感。

图3。(a)VxOy气凝胶的应变依赖性MAC与EMI SET。（b1）总EMI SET，（b2）SEA，（b3）SER，（c1–e1）三维相对长度（RL）图，（c2–e2）有效吸收带宽（EABW ，90%衰减）与 EABW 厚度比（EABW /d），（h1–h3）一维极化RCS模拟值，（h4–h6）VxOy气凝胶与PEC的RCS衰减率。详细对比(f)EMI SE，(g)MAC，(i)RCS方面VxOy气凝胶与其他吸收体[S7–S50]的差异，分别从SET、 EABW 和RCS衰减率角度进行分析。

图5 (a)V3O7·H2O/VO2(A)气凝胶的热导率(λ)随应变变化的函数关系。(b) VxOy气凝胶与其他先前报道的隔热材料[S51–S65]的隔热性能比较。(c) TC随 ，孔隙率和密度变化的响应。隔热机制：（d1）V3O7·水和二氧化钒(A)的 PDOS ，（d2）层间热对流，（d3）层内电子和声子的热传导，以及（d4）声子缺陷/边界散射。（e1，e2）COMSOL 模拟模型及气凝胶的模拟结果，（e3）平均表面温度（AST）、TC、 ρ 和Cp随应变的变化。（f1，f2）将VxOy气凝胶置于加热器（60°C）表面获得的红外热图。模拟旨在复制VxOy气凝胶在实际应用场景中的真实世界实现和操作功能：（g1）可穿戴设备，（g2）航天器，（g3）装甲车辆。

图6. (a) 应变传感器与测试装置。（b1）不同应变下应变传感器的典型相对电阻变化（ΔR/R0）（ε=Δ L/L）。（b2）GF随应变变化的函数关系；（b3）VxOy气凝胶与其他材料的GF对比[S66–S75]。响应于(c)外部压力和(d)100g外部压力下时间的相对电阻变化（ R/R0）。（e1）LED灯实验及其机制。（e2）由VxOy气凝胶组装的可穿戴传感器应用：实时运动监测在（f1）手指按压、（f2）脚尖按压和（f3）肘部按压下的表现。

图7. VxOy气凝胶的应变依赖性焦耳加热性能：(a) 饱和温度（Tmax）随电压平方（U²）的变化关系，(b) 应用电压从5V升至12V时温度阶跃的变化趋势。(c) 不同电压下的温度-时间曲线，(d) 0-8.0V循环加热曲线，(e) 8.0V长时间加热曲线，(f) 典型VxOy气凝胶（80%应变）的电流-电压曲线。当VxOy气凝胶（g1）与电路连接并施加8V电压时，（g2）室温下用于加热水源，（g3）用于冰层融化，实验持续时间可调。

VxOy气凝胶应变传感器：未来展望与多元应用探索 

随着材料科学和纳米技术的不断突破，VxOy气凝胶应变传感器，未来将通过持续优化材料制备工艺，如精确调控水热反应条件、探索新型添加剂等，将有望进一步提升传感器的灵敏度、稳定性和耐久性。同时，结合先进的微纳加工技术，实现传感器的小型化、集成化和智能化，为物联网、人工智能等前沿领域提供更加精准、可靠的感知解决方案。

🌐 多元应用：从实验室到生活的全面渗透 🌐

1. 智能穿戴，健康监测新纪元

在智能穿戴领域，VxOy气凝胶应变传感器将开启健康监测的新方式。其高灵敏度和宽检测范围，使得实时监测人体生理信号成为可能，如心率、呼吸频率、肌肉活动等。结合大数据分析，这些数据将为用户提供个性化的健康管理和运动建议，助力健康生活方式的普及。

2. 柔性电子，人机交互新体验

随着柔性电子技术的兴起，VxOy气凝胶应变传感器将成为人机交互的关键元件。其优异的柔韧性和可拉伸性，使得传感器能够紧密贴合人体皮肤或嵌入柔性显示屏中，实现自然、直观的交互体验。无论是虚拟现实游戏、智能医疗辅助还是远程操控，VxOy气凝胶都将为用户带来前所未有的沉浸感。

3. 航空航天，极端环境下的守护者

在航空航天领域，VxOy气凝胶应变传感器将发挥其在极端环境下的独特优势。面对高温、低温、强辐射等恶劣条件，该传感器能够稳定工作，实时监测飞行器的结构健康状态，预防潜在的安全隐患。同时，其轻质高强的特性也有助于减轻飞行器重量，提升飞行效率。

4. 智能制造，工业4.0的感知

在智能制造领域，VxOy气凝胶应变传感器通过嵌入生产设备或机器人中，实时监测设备的运行状态和工作环境，实现故障预警和智能维护。这不仅提高了生产效率，还降低了维护成本，推动了制造业向智能化、自动化方向发展。

5. 军事国防，隐身与感知的双重保障

在军事国防领域，VxOy气凝胶应变传感器的应用前景同样广阔。其优异的雷达-红外隐身性能，使得军事装备在战场上更难被探测和识别。同时，作为应变传感器，它还能实时监测装备的结构变化和受力情况，为军事指挥提供关键情报支持，确保作战行动的成功实施。

📌 参考文献：Strain-triggered performance regulation in V3O7·H2O/VO2(A) nanobelt aerogels for intelligent EM protection, Radar-IR stealth, thermal management, and sensing applications
Journal of Materials Science & Technology ( IF 14.3 ) Pub Date : 2026-01-16 , DOI: 10.1016/j.jmst.2026.01.014

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