建筑保温是降低供暖与制冷能耗的重要途径。然而，保温材料的选择不仅关乎隔热性能，还涉及防火安全、长期耐久性、制造成本及环境影响。以纤维素、木质素、壳聚糖和海藻酸盐等可再生资源为原料的生物质气凝胶，凭借轻质、多孔和结构可调等特点，为建筑保温提供了新的材料选择。但一个关键问题始终存在：实验室中表现优异的气凝胶，能否成为实际建筑中可靠、耐用且可规模化制造的保温产品？

  目前，生物质气凝胶研究已在降低热导率、增强力学性能和构建多功能结构方面取得进展，但这些优势往往来自不同配方、不同测试条件和不同尺度的样品，难以直接转化为产品层面的性能保证。高孔隙率可能伴随骨架脆弱，亲水性可能带来湿度敏感，而复杂的仿生结构和改性工艺也可能增加制造难度。因此，如何协调隔热、力学、耐湿、防火与制造要求，并建立与建筑服役条件相匹配的验证路径，是推动生物质气凝胶应用的重要挑战。

  针对这一问题，香港科技大学曾超华（Daniel C.W. Tsang）教授团队联合多所高校研究者，提出应用导向的“结构—失效—应用验证”框架。该框架将原料组成、产品形态及孔结构设计，与服役失效机制、性能验证和技术成熟度联系起来，为研究者回答“材料适合用在哪里”“使用过程中可能如何失效”以及“应用前还需要哪些证据”提供了系统思路。

论文首页：Toward Scalable Applications of Biomass Aerogels for Building Thermal Insulation。

  2026年10月6日，相关综述以“Toward Scalable Applications of Biomass Aerogels for Building Thermal Insulation”为题发表于国际期刊 Advanced Materials（DOI：10.1002/adma.75255）。香港科技大学博士后研究员徐婕（Jie Xu）为论文第一作者，曾超华教授为通讯作者。合作作者来自香港科技大学、麻省理工学院、加州大学伯克利分校、史蒂文斯理工学院、高丽大学及香港城市大学。

图文摘要. 生物质气凝胶建筑保温的研究全景，涵盖原料、产品形态、孔结构及应用验证要求。图片来源：论文TOC图。

  首先，文章将材料选择、孔结构设计、失效识别和应用验证组织为相互关联的过程（图1）。这一框架能够帮助研究者识别材料设计中的薄弱环节，并根据实际使用环境选择测试方法，使实验室研究与建筑产品开发建立更明确的联系。

图1. 应用导向的“结构—失效—应用验证”框架，将原料与产品选择、建筑需求、孔结构设计、服役风险及技术成熟度评估联系起来。图片来源：论文Figure 1。

  在此基础上，文章从建筑应用出发，重新梳理生物质气凝胶的材料分类与产品设计。不同组成的生物质及杂化材料，可以制成刚性板材、柔性毡、薄膜、涂层和填充颗粒，但这些形态对应的使用要求并不相同。例如，刚性板材需要关注尺寸稳定性和机械完整性；柔性毡需要适应弯曲表面及安装变形；涂层则需要兼顾基材结合、耐候性与施工适配。材料评价应从具体产品的需求出发，而不能仅以最低热导率作为筛选依据（图2）。

图2. 生物质及其衍生气凝胶的代表性产品形态与建筑应用，包括刚性板材、柔性毡、薄膜和涂层。来源：原论文Figure 4。

  进一步，文章系统讨论随机、分级及各向异性孔结构对热传递和载荷传递的影响。降低固相含量有助于减少固相导热，但也可能削弱承载骨架；增加桥联连接、构建分级网络或引入定向通道，可以改善力学响应，却可能增加密度、导热或加工复杂度。对于具有方向依赖性的材料，安装方向也会影响其实际表现。因此，孔结构优化需要同时考虑隔热效率、机械稳定性、湿度响应及可制造性。

  蜂窝、珍珠层和北极熊毛等仿生结构，为协调这些要求提供了设计启发。文章分析了分级组织、层状界面、纤维增强和定向通道等结构策略，讨论它们如何改善载荷传递、裂纹抵抗和形变恢复。其重要启示在于：仿生设计的价值不仅是获得特殊形貌，更在于将结构优势转化为具体应用所需的性能，并明确相应的代价与限制（图3）。

图3. 代表性仿生孔结构，包括蜂窝、珍珠层、北极熊毛、水蕨、竹、吐司、管状与桥联结构。来源：原论文Figure 7及其所引文献。图像版权分别归Springer Nature、Wiley-VCH、American Chemical Society及Elsevier所有，详见原论文图注。

  此外，文章将建筑服役中的风险归纳为结构坍塌、化学降解和界面失效。重复压缩可能损伤骨架，吸湿与干燥可能引起胀缩，环境老化和界面结合减弱则可能影响产品完整性。这些变化不仅影响力学性能，也可能改变隔热效果。新鲜样品的低热导率或较高表面接触角，并不足以证明材料具有长期服役可靠性。

  针对这些问题，文章强调，应开展与应用场景相匹配的热循环、湿热暴露、重复加载和环境老化测试，并关注测试后的性能保持。机械评价需要考虑恢复、蠕变和疲劳；防火评价需要关注热释放、烟气生成及结构完整性；产品验证还应考虑实际厚度、基材相容性、界面耐久性和安装条件（图4）。

图4. 生物质气凝胶的结构坍塌、化学降解与界面失效，以及相关耐久性研究实例。来源：原论文Figure 8；其中部分图像版权归American Chemical Society所有（2024、2022），详见原论文图注。

  另一项重要洞见是，材料性能、产品级验证、第三方认证与建筑层面评价属于不同层级的证据，不能相互替代。文章将这些层级与技术成熟度及标准化测试联系起来，明确从实验室样品走向建筑产品仍需完成的验证步骤。同时，通过与聚合物泡沫、矿物棉和二氧化硅气凝胶等材料比较，讨论生物质气凝胶的适用场景，并区分模型化生产成本与商业销售价格，避免由单项性能或成本估算直接推断市场竞争力。

  最后，文章提出，可规模化的分级结构设计、长期耐久性验证和一致的可持续性评价，是未来研究的重要方向。可再生原料并不自动意味着低环境负担，干燥能耗、溶剂和添加剂、使用寿命及报废处理都需要纳入评价。被动冷却、湿度调节和火灾预警等多功能设计，也应进一步验证其在具体建筑产品中的实际收益（图5）。

图5. 生物质气凝胶的未来发展方向，包括仿生结构、被动冷却及智能多功能体系。来源：原论文Figure 9及其所引文献；部分图像版权归American Chemical Society、AAAS、Wiley-VCH及Elsevier所有，详见原论文图注。

  该综述为生物质气凝胶研究提供了从材料设计到应用验证的综合视角。对于从事多孔材料、仿生结构、建筑保温及可持续材料研究的读者，文章可作为选择材料与产品形态、分析性能取舍、识别失效风险及规划验证实验的参考，推动研究重点从单项指标优化转向真实服役条件下的产品可靠性。

  该工作得到香港研究资助局协作研究金（HKUST C6041-25G）、研究影响基金（HKUST R6008-24F）及香港科技大学“30 for 30”全球人才招募计划的支持。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.75255