针对二氧化硅气凝胶由脆性“项链式”结构和高孔隙率骨架导致的力学性能差、难以加工等问题，东华大学朱美芳、成艳华团队采用同轴湿法纺丝技术，制备出PMSQ@TPU核壳气凝胶纤维，大幅提升气凝胶纤维的柔韧性和可拉伸性。本研究提出的核壳结构设计，为提升气凝胶纤维力学强度提供了新思路，对开发高性能隔热纺织品具有重要意义。

针对传统二氧化硅气凝胶结构脆性、加工性差，以及现有核壳结构气凝胶纤维制备中“工艺复杂”或“性能损失”等问题，本研究利用同轴湿法纺丝策略，采用“团队”前期研究中开发的聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)凝胶墨水(Nat. Commun. 2025,16,8212)为芯层纺丝液，热塑性聚氨酯(TPU)溶液为壳层纺丝液，实现了一步法构筑核壳结构气凝胶纤维(图1)。其核心在于：凝胶墨水具备剪切变稀行为，有利于顺畅连续成丝；其次凝胶墨水的黏弹性特征确保其在挤出后能够维持纤维形貌以及结构固定。然后利用TPU在凝固浴中的快速相分离实现PMSQ凝胶墨水的原位包覆，干燥后形成“坚固薄壳+连续多孔核芯”的结构。致密外壳赋予纤维优异的力学性能(断裂应变达670%，断裂强度达2.1 MPa)，连续介孔气凝胶核芯有效减少固体热传导路径、抑制气体热对流，从而保持了低导热优势(室温热导率为31.2 mW·m^-1·K^-1)。

图1 同轴湿法纺丝方法制备PMSQ@TPU气凝胶纤维的示意图

图2 PMSQ@TPU气凝胶纤维的微观结构、力学性能和隔热性能

本研究通过同轴湿法纺丝制备了核壳结构的气凝胶纤维，致密的弹性聚氨酯为外壳，连续介孔气凝胶为核芯，有效克服了强度与隔热性能的矛盾。进一步形成织物后，所得材料在隔热性能上超越羊绒织物，且面密度更低，兼具轻量化特性，展示了其在柔性热管理纺织品中的应用潜力。

二氧化硅气凝胶因其纳米多孔结构显著抑制热传导与对流，具有极低热导率，但传统颗粒、薄膜或块体形态难以满足柔性加工与复杂应用需求。一维气凝胶纤维兼具低导热性与柔韧性，可进一步构筑织物结构，在热管理领域展现出广阔前景。然而，气凝胶固有脆性及溶胶–凝胶过程与连续纺丝工艺的不兼容，限制了其实际应用。尽管反应纺丝等方法实现了气凝胶纤维制备，但其力学性能不足、难以连续收集。近年来，核壳结构设计引入聚合物外壳有效提升了气凝胶的力学性能。现有制备策略存在诸多限制，例如工艺复杂、依赖外部条件等问题，难以实现高效连续制备；或者聚合物与颗粒形成的复合结构容易导致连续固体导热路径，且气凝胶颗粒分散与高负载受限，制约了其性能提升。综上，如何在简化制备工艺的同时实现力学性能与隔热性能的协同优化，是提升气凝胶纤维综合性能的关键问题。

本文相关成果发表于《高分子学报》2026年第5期。论文第一作者为东华大学博士生高孟月，通信联系人为成艳华研究员，该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、“东华大学”杰出青年教授计划以及中央高校基本科研业务费专项资金等项目的支持。 

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