摘要：气凝胶作为一种超轻、高孔隙率、优异隔热性能的多孔材料，在能源、环境、航空航天等领域具有广阔应用前景。然而，传统气凝胶材料（如无机、碳基、芳纶等）虽具备优异的力学与热学性能，却因骨架刚性高、缺乏热塑性，难以进行热切割、热焊接、热封装、热压印等热机械加工，极大地限

气凝胶作为一种超轻、高孔隙率、优异隔热性能的多孔材料，在能源、环境、航空航天等领域具有广阔应用前景。然而，传统气凝胶材料（如无机、碳基、芳纶等）虽具备优异的力学与热学性能，却因骨架刚性高、缺乏热塑性，难以进行热切割、热焊接、热封装、热压印等热机械加工，极大地限制了其结构设计与功能化应用。能否开发出一种既具备高性能又具有良好热塑性的气凝胶材料，成为该领域亟待解决的关键科学问题。

针对这一挑战，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同团队 联合上海大学张阿方团队 提出了一种 溶解度-pKa耦合效应（Solubility-pKa Coupling Effect）新策略，成功制备出一系列高性能热塑性尼龙气凝胶，并实现了其多功能热机械加工 。 Solubility-pKa Coupling Effect Tailored Nanoporous Nylon Aerogel Family with Multiple Thermomechanical Processes 为题发表在 Advanced Materials 。

示意图：基于溶解度参数-pKa耦合效应构建的纳米多孔尼龙气凝胶家族示意图，展示其热塑性变形能力及伴随的荧光现象。

研究团队通过 协同调控溶剂溶解度参数（δ）与酸解离常数（pKa） ，实现了对尼龙高分子在溶液中的结晶行为与自组装路径的精确控制（图1）。在合适的δ-pKa组合下，尼龙分子可沿一维方向自组装形成交织的纳米纤维骨架，从而构建出具有高比表面积（最高达226 m²·g⁻¹）、优异压缩模量（12.6 MPa）和超低导热系数（0.034 W·m⁻¹·K⁻¹）的纳米多孔尼龙气凝胶。

图1 溶解度-pKa耦合效应调控尼龙气凝胶纳米纤维结构的示意图

值得注意的是，该方法具有 广泛的材料适用性 。通过合理选择溶剂与尼龙类型，团队成功制备出了包括尼龙6、11、56、66、610在内的尼龙气凝胶家族（图2）。这些气凝胶不仅性能可与传统高性能气凝胶相媲美，更具备独特的热塑性，可通过热加工实现多种功能化结构设计与应用拓展。此外，该技术不仅适用于尼龙，还可推广至PET、PEEK等工程塑料。

图2 多种尼龙气凝胶的微观结构及性能对比

研究团队展示了多种热机械加工技术（图3 ,4 ）： 热封装 ：通过在气凝胶表面形成致密尼龙保护层，显著提升其机械强度与阻隔性； 热切割与热焊接 ：可实现气凝胶的精准形状的定制化编辑与复杂结构（如无人机机身、鲁班锁）的装配； 热压印 ：可在气凝胶表面构建微结构，实现超疏水（荷叶效应、花瓣效应）与荧光图案，应用于信息加密与防伪。

图3 尼龙气凝胶的热封装、热切割/焊接与热压印加工示意图

特别值得关注的是，热压印处理还诱导气凝胶产生荧光特性，其机制源于尼龙在高温下的热氧化生成荧光发色团。这一现象为气凝胶在热记录、多级防伪等领域提供了新的应用可能。

图4 热机械加工后尼龙气凝胶的应用

该研究突破了气凝胶领域长期存在的“骨架刚性-可加工性”矛盾，为设计兼具高性能与多功能加工特性的热塑性气凝胶提供了全新的理论框架与技术路径。所开发的尼龙气凝胶在轻质隔热结构、柔性器件、智能包装、航空航天热管理等领域具有广阔的应用前景。硕士生陈健和李立山副研究员为该 论文 共同第一作者，张阿方教授和张学同研究员为 论文共同 通讯作者。研究获得国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的支持。

来源：云阳好先生做实事