轻量化是航空航天热防护材料的重要发展方向。气凝胶凭借低密度、高孔隙率和优异隔热性能展现出应用潜力，但传统纳米颗粒基气凝胶脆性大，而现有纳米纤维气凝胶在多轴载荷下仍易产生不可逆损伤，影响结构稳定性和隔热效果。因此，构建兼具高韧性与稳定隔热性能的纳米纤维气凝胶仍是亟待解决的关键问题。

BC-PVSQ气凝胶及其空间柔性可展开应用示意图

  针对以上问题，东华大学朱美芳院士、成艳华研究员、张新海副研究员、上海交通大学医学院附属松江医院/松江研究院张君妍青年副研究员联合北京空间机电研究所贾贺研究员、王臻工程师受海洋海绵层级多孔骨架中“连续纤维网络-强连接节点”协同增强机制的启发，提出了一种基于天然细菌纤维素（BC）连续纳米纤维网络的界面共价强化策略。通过乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）原位气相聚合，在BC纳米纤维表面构筑聚乙烯基倍半硅氧烷（PVSQ）包覆层，在纤维交汇处形成高密度共价“融合点”，从而实现分子尺度界面结合、纳米尺度核壳骨架和微米尺度多孔网络的协同调控。该结构在保持气凝胶超低密度和高孔隙率的同时，有效提升了材料在压缩、拉伸、弯曲和剪切等复杂载荷下的力学韧性、循环稳定性和宽温域服役可靠性，并维持优异的热绝缘性能，为轻质可展开航天热防护材料的结构设计提供了新的思路。

  2026年5月29日，该工作以“Covalently Fused Nanofiber Aerogels with Exceptional Mechanical Robustness and Thermal Insulation for Deployable Space Systems”为题发表在Advanced Materials上。东华大学博士生郑俊杰、上海交通大学医学院附属松江医院/松江研究院张君妍青年副研究员是该论文的共同第一作者，成艳华研究员、张君妍青年副研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划（2021YFB3701600）、国家自然科学基金（52273031，22475039，52103075）、教育部基础学科和交叉学科突破计划（编号：JYB2025XDXM402）等项目的资助。

图1 BC-PVSQ杂化气凝胶的制备原理

图2 BC-PVSQ杂化气凝胶纳米纤维网络结构

图3 BC-PVSQ气凝胶的跨尺度力学机理

图4 BC-PVSQ气凝胶的极端压缩行为及抗疲劳性

图5 BC-PVSQ气凝胶的卓越拉伸、弯曲和剪切性能

图6 BC-PVSQ杂化气凝胶的空间可展开系统应用验证

  该工作是团队近期关于高性能气凝胶材料结构设计与热管理应用研究的最新进展之一。气凝胶因其低密度、高孔隙率和低热导率等优势，在航空航天热防护、个人热管理、能源利用和水资源获取等领域展现出重要应用潜力，但其固有脆性、加工连续性不足以及复杂服役环境下结构稳定性差等问题长期限制了实际应用。围绕“结构增强-形态加工-功能集成-场景应用”的研究主线，团队开展了一系列系统探索：在极端环境热防护方面，构筑了仿珍珠层纳米复合气凝胶，实现了高力学强韧性与稳定隔热性能的协同提升（Adv. Mater. 2023, 35, 2300813；）；在柔性纺织隔热方面，团队进一步将气凝胶由块体材料拓展至纤维、纱线、毡材和织物形态，发展了海岛熔融纺连续超细纤维气凝胶毡、卷对卷加捻气凝胶纱线、可编织核壳气凝胶纤维及闭孔双层热湿管理织物，实现了轻质保暖、柔韧耐变形、可洗涤和热湿协同调控（Adv. Mater. 2024, 36, 2414731；Adv. Mater. 2025, 37, 2507289；Acta Polym. Sin. 2026, 57, 1167；Adv. Mater. 2025, 37, 2508473）；在能源与水资源协同利用方面，团队构建了吸湿生物质气凝胶和灯笼型纳微纤维气凝胶蒸发器，实现了大气集水/光伏被动冷却耦合以及对流增强界面太阳能蒸发（Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2423063；J. Mater. Sci. Technol. 2027, 278, 123）；此外，在分子拓扑和先进制造方面，团队提出了分子编织聚合物气凝胶和“活化-延迟”溶胶凝胶3D打印策略，拓展了气凝胶在可再加工、透明隔热和复杂结构成型方面的设计空间（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 8695；Nat. Commun. 2025, 16, 8212）。这些研究从分子网络、纤维骨架到宏观织物与器件多尺度协同出发，逐步建立了兼具轻质、强韧、隔热、可加工与多场景适应性的先进气凝胶材料体系。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.73564