极端温湿度环境严重威胁人类生存与设备可靠性，传统保温材料体积效率低，而传统气凝胶存在脆性强、功能单一及潜在环境安全问题。为此，通过融合氧化纳米纤维素（ONC）的生物降解性与高比强度，以及MXene的低红外发射率、高机械强度和抗菌活性，构建多交联网络复合气凝胶，成为实现高弹性、高效保温、抗菌阻燃一体化功能，攻克极端环境防护与个人热管理难题的关键途径。

近日，江南大学王平教授团队与绍兴大学Biaobiao Yan团队联合开发出一种新型氧化纳米纤维素 / MXene 复合气凝胶（CP@MXene-D），成功突破传统气凝胶机械脆弱与功能单一的瓶颈。该材料以 TEMPO 氧化纳米纤维素（ONC）为基体，聚乙烯亚胺（PEI）为交联增强剂，通过乙二醇二缩水甘油醚（EGDE）构建多交联网络，经定向冷冻干燥制备弹性气凝胶（CP-D），再通过真空浸渍引入 MXene 纳米片，形成兼具三维有序孔结构与功能涂层的复合体系。研究表明，CP@MXene-D 气凝胶密度仅 51.86 mg/cm³，孔隙率高达 92%，在 50 次压缩 - 释放循环后仍保持 51.5% 的弹性回复率；100℃热板测试中，相较于 CP-D 气凝胶温差提升约 30℃，红外发射率低至 0.303，可将模拟皮肤温度稳定在 35℃左右；对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抗菌率均达 99% 以上，同时具备优异阻燃性能，明火燃烧 60s 无明显碳化坍塌。该材料整合了弹性支撑、高效保温、抗菌阻燃多重功能，为极端环境个人防护、热管理系统提供了新型解决方案。相关研究成果以 “Mechanically Robust Nanocellulose/MXene Aerogels with Synergistic Thermal Insulation and Antibacterial Performance for Extreme Environments” 为题，发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》

图1. CP@MXene-D 气凝胶的制备与功能示意图：a）制备流程，依次为 TEMPO 氧化 CNF 得到 ONC、EGDE 交联 ONC 与 PEI、定向冷冻干燥制备 CP-D、MXene 真空浸渍得到 CP@MXene-D；b）多交联作用形式，包括 ONC-g-ONC、PEI-g-PEI 及 ONC-O-PEI 共价交联与氢键作用；c）材料功能及应用场景，涵盖高弹性、保温隔热、抗菌阻燃，适配极端环境防护。

图2. 气凝胶的结构与成分表征：a）CP-D 与 CP@MXene-D 的 SEM 图像，显示定向排列的多孔结构及 MXene 负载后的形貌保持；b）EDS 元素分析，证实 C、O、F、Ti 元素均匀分布，验证 MXene 成功负载；c）XPS 宽扫及高分辨谱图，检测到 C-O-Ti 化学键，证明 MXene 与基体的化学作用；d）密度与孔隙率数据，CP@MXene-D 保持高孔隙率的同时密度略有提升。

图3. 气凝胶的机械性能测试：a）CP-D 与 CP@MXene-D 压缩 - 释放过程实物图，展示优异弹性；b）不同应变下的压缩应力 - 应变曲线，50% 应变时弹性回复率达 89%，80% 应变时仍保持 61% 回复率；c）对应应变下的耗散能、总压缩能及能量损失系数；d）50 次循环压缩应力 - 应变曲线，结构稳定性优异；e）循环过程中最大应力、弹性回复率及能量损失系数变化，验证长期耐用性。

图4. 气凝胶的保温性能测试：a）MXene 纳米片层状结构抑制辐射传热示意图；b）中红外波段（7-14 μm）发射率对比，CP@MXene-D 低至 0.303；c）保温性能测试装置示意图，气凝胶样品置于可调温热板上；d）不同热板温度下的上下表面温差，100℃时 CP@MXene-D 温差显著高于其他样品；e）CP@MXene-D 在不同热板温度下的表面温度变化，5 分钟后趋于稳定；f）加热 - 冷却循环测试中温差稳定性，4 次循环后性能无衰减；g）模拟皮肤保温对比，CP@MXene-D 可将皮肤温度维持在 35℃左右，优于棉花等传统材料。

图5. 气凝胶的阻燃性能表征：a）不同气凝胶的 TGA-DTG 曲线，CP@MXene-D 在 800℃时残留质量达 22%，热稳定性优异；b）阻燃测试对比，铜箔上的纸张直接燃烧 60s 后严重碳化，而 CP@MXene-D 隔离后纸张无明显变化；c）CP-D 与 CP@MXene-D 明火燃烧 60s 后实物图，CP-D 完全燃烧，CP@MXene-D 结构完整；d）燃烧后碳残留 SEM 图像，CP@MXene-D 仍保持多孔结构，CP-D 则完全坍塌。

图6. 气凝胶的光热转换性能测试：a-c）紫外 - 可见 - 近红外波段反射率、透射率与吸收率曲线，CP@MXene-D 可见光区平均吸收率达 0.870；d）光热测试装置示意图，采用氙灯模拟太阳光；e）不同光照强度下表面温度变化，2 sun 强度下饱和温度达 86.3℃；f）光照强度与饱和温度拟合曲线（R²=0.96617），显示良好可控性；g）氙灯开关循环测试，6 次循环后温度变化曲线重合，光热稳定性优异。

图7. 气凝胶的抗菌性能测试：a）协同抗菌机制示意图，包括 MXene 光热升温导致细菌膜破裂与 PEI 静电作用破坏细胞膜的双重效应；b-c）对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抗菌率及菌落照片，CP@MXene-D 抗菌率均达 99.9%；d）光照 20min 后细菌 SEM 图像，ONC 表面细菌细胞膜完整，CP@MXene-D 表面细菌出现细胞膜破裂与胞内物质泄漏。