气凝胶因其超低热导率被誉为“21世纪神奇材料”，在隔热领域极具潜力。然而，传统气凝胶固有的脆性、加工性差及机械强度不足等问题，使其难以承受纺织应用中的弯曲、拉伸和洗涤，易发生结构坍塌导致隔热失效。现有气凝胶纤维制备技术（如冻纺、湿纺）虽能实现纤维化，但仍面临三大挑战：（1）纳米纤维基（尤其是高性能纤维）气凝胶纤维牺牲了约95%的原纤维强度；（2）纤维纺丝与干燥分步进行，难以实现连续化生产；（3）功能性填料的加入会降低纺丝原液的可纺性，从而制约功能化改性。因此，开发兼具高机械韧性、可编织性及规模化制备潜力的气凝胶纤维，是推动其实际应用的关键。

研究方案图加捻气凝胶纱线的织物结构及隔热机制示意图

  针对上述挑战，东华大学朱美芳院士、成艳华研究员创新性提出卷对卷连续加捻组装策略（Roll-to-Roll Twisted Assembly）：该策略以二维纳米纤维膜为结构骨架，通过一步法喷涂-加捻工艺，成功将高含量（体积分数78%）的商用介孔SiO?气凝胶颗粒复合到纱线中，这一方法摒弃了传统气凝胶纤维制备必需的复杂溶剂交换与特殊干燥流程，实现了气凝胶纱线的高效连续生产，也提高了纱线的隔热性能；同时，经加捻角优化（35°）形成阿基米德螺旋结构，显著提升了纱线的机械性能与结构稳定性。两者协同作用，有效突破了气凝胶材料规模化应用的瓶颈。所制备的 NF-TAY 气凝胶纱线呈现核壳结构，其芯层由 SiO₂ 气凝胶颗粒与 PAN 纳米纤维加捻而成，外层为 PAN 纳米纤维封装层。该设计赋予NF-TAY优异的力学和隔热性能：其拉伸强度达16.3 MPa，可承受自重3.3×10⁴倍的载荷；同时具有32.3 mW m^-1 K^-1的低热导率，性能优于商业羊绒和棉材料。此外，NF-TAY展现出优异的耐久性：在极端温度（-196~100 °C）、反复折叠/压缩以及100次水洗后，仍能保持良好的力学和隔热性能。通过外层纳米纤维功能化改性，NF-TAY还兼具疏水性（接触角146°）、可染色性和焦耳加热功能，能够满足不同应用场景和个性化需求。

  2025年6月16日，相关研究以Roll-to-Roll Twisted Aerogel Yarns with Reinforced Structure and Low Thermal Conductivity发表于Advanced Materials上。文章第一作者是东华大学材料科学与工程学院郑俊杰博士，理论计算也得到了江南大学魏宁教授团队的帮助。

图1 气凝胶纱线的制备流程及其微观形貌表征

图3 气凝胶纱线的热防护性能与服役稳定性

图4 气凝胶纱线多功能应用拓展

  该工作是团队近期关于柔性复合气凝胶材料相关研究的最新进展之一。针对气凝胶材料普遍存在的机械性能弱、功能单一等问题，团队已发展了一系列制备策略，开发出系列适用于不同场景的功能性柔性复合气凝胶材料。团队基于跨维度、跨尺度的结构适配工作原理，制备得到了双网络复合气凝胶（Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1806407），通过优化工艺方法，常压干燥获得了仿贝壳纳米复合气凝胶（Adv. Mater. 2023, 35, 2300813）。此外，还开发了“润湿和矿化”的优化界面工程，构建了具有高机械压缩率（≈99％）和超疏水性（≈168°）的复合气凝胶（Adv. Funct. Mater. 2021, 2009349）；进一步，通过工业化海岛熔融纺丝技术，成功制备了连续的超细纤维，将其作为气凝胶的基本构筑单元，经冷冻成型技术组装，获得具有波纹层状结构的气凝胶毡（Adv. Mater. 2024, 2414731）。在此基础上，该团队通过亲疏水结构设计，开发得到了高性能的太阳能驱动界面蒸发复合气凝胶（Nano-Micro Lett. 2023, 15, 64）；并利用工业废热（如光伏电池产生的余热）作为热源，设计了一种生物基吸湿性气凝胶（Chem. Soc. Rev., 2024, 53, 7489），驱动大气集水-蒸发系统协同运行（Adv. Funct. Mater. 2025, 2423063）。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507289