西安交通大学伊春海教授团队：静电纺丝纳米纤维气凝胶研究进展

摘要：近年来，静电纺丝技术在纳米纤维气凝胶制备领域取得了重大突破。通过不同方法构建的纳米纤维气凝胶展现出多样化的微观结构和优异的宏观特性，展现出巨大的学术与工业应用价值。

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近年来，静电纺丝技术在纳米纤维气凝胶制备领域取得了重大突破。通过不同方法构建的纳米纤维气凝胶展现出多样化的微观结构和优异的宏观特性，展现出巨大的学术与工业应用价值。

近日，西安交通大学伊春海教授团队与香港科技大学 Alicia AN教授团队合作发表综述，简要概述静电纺丝技术的发展历程与基本原理，系统总结了基于该技术制备纳米纤维气凝胶的主要方法，包括冷冻干燥法、直接静电纺丝法、逐层堆叠法和热诱导自团聚法。详细阐述了纳米纤维气凝胶的前沿应用，涉及隔热保温、吸声降噪、电磁屏蔽、超级电容器、太阳能海水淡化、生物医学工程、油水分离、空气净化及有毒物质降解等领域。最后，针对纳米纤维气凝胶面临的技术挑战与发展前景提出了前瞻性见解。

相关综述论文在期刊《Advanced Fiber Materials》上以题为“Advances in Electrospun Nanofibrous Aerogels: Pioneering Methods, Versatile Applications, and Future Horizons”发表。本文的通讯作者为郭佳鑫研究员，第一作者为在读博士生陆晓晨，第一通讯单位为西安交通大学化学工程与技术学院。

图1 静电纺丝纳米纤维气凝胶的制备与应用

图2 纳米纤维气凝胶的应用领域

图3 纳米纤维气凝胶的制备方法

最后，在总结静电纺丝纳米纤维气凝胶研究进展的基础上，作者还提出该领域面临的挑战以及展望：

（1）通过与二维材料和纳米颗粒的复合，可显著提升材料导电性、催化活性和机械强度，为智能传感器和储能设备带来突破。受自然结构启发的仿生层级架构能优化定向流体传输和应力分布。利用机器学习优化纺丝参数加速材料研发，开发能响应热/力/化学刺激的智能气凝胶，为自适应隔热和药物递送系统开辟新路径。

（2）三维静电纺丝技术的进步将推动可编程气凝胶的大规模制备；碳掺杂纳米纤维气凝胶或使超级电容器能量密度超越传统电池；4D打印气凝胶的动态形变特性能够为组织再生提供新思路；光催化气凝胶为在温和条件下降解有机污染物提供新途径。这些创新有望推动气凝胶在航空航天、柔性电子和高端医疗等领域的应用。

（3）纳米纤维气凝胶的规模化制备与材料稳定性仍是关键挑战，冷冻干燥法虽有效但能耗高，常压干燥和超临界干燥技术亟待优化以保持纳米纤维完整性；有毒粘合剂限制其生物医学应用，需开发生物可降解交联剂；材料在潮湿、高温或酸性环境中的长期耐久性不足，需改进涂层或界面结合技术；此外，性能评价标准的统一对工业推广至关重要。

（4）技术突破将聚焦于可持续发展与跨学科创新：材料科学、生物学与机器学习的交叉融合可催生用于环境实时监测的活细胞嵌入式生物杂化气凝胶；绿色化学政策将促进生物基与可回收设计。

作者简介

伊春海，教授，博士生导师，西安交通大学，现任西安交通大学化工学院副院长，陕西省能源化工过程强化重点实验室常务副主任；陕西省化工学会青年委员，主要从事膜分离技术及反应强化等研究，作为项目负责人主持国家自然基金2项(面上、青年各1项)、科技支撑计划子课题1项、重点研发计划子课题1项以及中外企业合作项目等多项。发表论文50余篇，授权中国发明专利5项。

Alicia Kyoungjin An，教授，博士生导师，香港科技大学，现任化学与生物工程系教授。安教授于香港科技大学土木及环境工程系获得博士学位，其学术生涯始于日本东京大学和香港城市大学，担任项目助理教授，期间从助理教授晋升为正教授。至今，她在该领域已有20多年的研究，获评香港研究资助局青年研究学者称号，研究内容涵盖膜蒸馏、正向渗透、混合反渗透系统等新兴技术，重点聚焦于新兴污染物的去除及资源回收。