自1930 年代合成以来，气凝胶因可调控纳米结构具低密度、高孔隙率等特性，在多领域潜力大。但传统气凝胶（如二氧化硅气凝胶）机械性能差，脆性高、高温稳定性不足且易变形，限制应用。近年研究聚焦柔性隔热气凝胶，通过成分优化与微观设计，用冷冻干燥、相分离等技术制备，既保留优异隔热性，又提升可压缩性与韧性。其已在航空航天、建筑等领域应用，如航天器隔热、建筑柔性保温等。

  国内厦门大学相关研究团队综述了柔性隔热气凝胶的流行制造技术，包括冷冻干燥、相分离、3D打印和纤维成型方法。系统地讨论了多样化应用。

1、冷冻干燥方法

  冷冻干燥是一种基于热升华的干燥技术，该技术在低温下快速冷冻升华成蒸汽。这种方法保持了材料的结构完整性，避免了水蒸气引起的氧化或起泡等问题。

  国内相关学者通过冷冻干燥氧化石墨烯（GO）、聚酰亚胺（PI）前体和醋酸钴的混合物，制备出高抗压强度、拉伸弹性和柔韧性气凝胶。此外，相关研究人员进一步升级冷冻干燥技术，通过定向冷冻干燥技术，精确控制冷冻过程中冰晶的生长方向，制造处具有取向多孔微观结构的柔性气凝胶。

图1.冷冻干燥气凝胶材料制备及性能。（a）柔性PI气凝胶制备方法、微观和机械性能。 

图2.定向冻干气凝胶材料的制备及性能.（a） 各向异性PI气凝胶的冷冻干燥方法、微观结构、力学性能和热性能。

2、相分离方法

  相分离是制造柔性气凝胶薄膜的常用方法，该方法通过控制这两相之间的相互作用和相分离过程，可以生产出具有特定微观结构和性能的气凝胶薄膜。在气凝胶制造中，热感应和非溶剂感应是调节相分离行为的两种常用方法。

  对于热感应法，溶液中聚合物贫相和富聚合物相的浓度受温度的显著影响。当这两相之间的浓度差异达到临界值时，相分离过程开始。相关研究人员采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、乙醇和水的混合物进行热诱导相分离（TIPS）来合成坚固且轻质的PMMA改性二氧化硅气凝胶，具有低密度、均匀孔径、高孔隙率、低导热性和优异的机械性能。

图3.相分离气凝胶材料的制备及性能.（a）通过热诱导相分离制备的柔性PMMA改性二氧化硅气凝胶。（b）非溶剂诱导相分离方法制备柔性PI气凝胶薄膜.

3、3D打印方法

  3D 打印技术与气凝胶制造相结合，可以生产具有复杂微观结构和复杂形状的气凝胶，为柔性隔热气凝胶的结构设计提供了方法。 3D 打印方法涉及以编程方式控制合适油墨的挤出以沉积复杂的 3D 微观结构。该过程从制备墨水开始，墨水由各种分子、聚合物或颗粒物质配制而成，确保通过喷嘴挤出流变特性。相关研究人员采用水、聚乙烯醇（PVA） 溶液、吐温 80、羟丙基甲基纤维素和二氧化硅等制备出具有低导热系数和优异绝缘性能的气凝胶。

  模板辅助 3D 打印是另一种设计气凝胶微结构的制造技术。该方法首先根据所需的气凝胶结构设计模具，使用可溶于特定溶剂但不溶于气凝胶制备溶剂的材料，从而可以轻松去除模具，3D 打印不仅提供了几何自由度，还提供了通过建筑设计和油墨成分设计灵活性的机会。与块状气凝胶相比，3D 打印气凝胶可以将结构复杂性与机械弹性相结合，使其成为柔性气凝胶设计的有前途的途径。

图4.3D打印气凝胶材料的制备及性能.

4、纤维成型方法

  纤维化工艺将传统气凝胶转化为细小的亚微米或纳米级纤维，有可能显着提高性能。通过特定工艺将溶胶拉成纤维形式，然后进行凝胶化而生产。柔性气凝胶纤维的三种主要方法是湿纺丝、冷冻纺丝和基于溶胶-凝胶的相变策略。

  湿纺工艺过程涉及将聚合物溶液通过喷丝头挤出到凝固浴中以形成纤维。对于气凝胶纤维生产，使用含有气凝胶前驱体的溶液，在湿纺过程中进行相分离以形成湿纤维凝胶。

  冷冻纺丝造柔性绝缘气凝胶纤维的另一种技术。通过调节挤出速度和冷却源的温度，可以以受控的速度冷冻纤维，从而确定其最终结构。这种方法能够在纤维内形成均匀且连续的多孔结构，从而产生具有良好隔热性能的气凝胶纤维。

  溶胶-凝胶约束转变 （SGCT） 方法是一种制造高性能柔性隔热气凝胶纤维的创新方法。该技术涉及将金属有机化合物或金属盐与溶剂混合，然后将具有设计毛细管结构的模具浸入溶液中。在表面张力的驱动下，溶液穿透毛细管，水解和冷凝反应被限制在毛细管内，确保了形成具有受控形态的湿凝胶纤维。然后，将所得湿凝胶纤维进行老化、洗涤、溶剂交换和干燥过程，以产生具有多孔结构的气凝胶纤维。该方法解决了传统湿法纺丝技术中经常遇到的静态溶胶-凝胶转变与动态纺丝过程之间的冲突。

图5.柔性气凝胶纤维的制备和性能。（a）通过湿法纺丝法制备的KNF气凝胶。

  柔性隔热气凝胶作为一种创新的功能材料，解决了传统刚性气凝胶材料经常难以解决的挑战，由于其卓越的隔热性能、轻质性、灵活性特性有望为柔性电子、人工智能、电池热管理领域带来了重大进步。

原味链接：Flexible Aerogels for Thermal Insulation: Fabrication and Application | ACS Applied Materials & Interfaces

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