热声管理材料，尤其是多孔材料，因其低热导率和高隔音能力，在航空航天领域至关重要。气凝胶凭借其轻质、优异隔热和吸音性能的组合优势，成为先进航空航天应用中极具前景的工程材料。然而，气凝胶的实际应用一直受限于其较低的力学强度，因此获得优异的力学性能对于气凝胶在极端条件下保持结构完整性和功能性至关重要。同时，传统气凝胶（如陶瓷、聚合物基）的制备通常依赖超临界干燥（SCD）或冷冻干燥（FD）等高能耗、高成本、工艺复杂的路线，严重限制了其规模化生产和工业应用。环境友好的常压干燥（APD）技术虽更具经济性和可扩展性，但对于气凝胶而言，直接进行常压干燥极易因毛细管力导致孔结构坍塌和显著收缩，这是一个长期存在的技术挑战。

  近日，大连理工大学蹇锡高院士团队李海龙副教授提出一种创新的“定向冷冻-刻蚀-常压干燥（APD）”方法，成功制备出高性能聚醚砜（PES）气凝胶（图1）。该工艺以DMSO为溶剂，通过水进行刻蚀，无需有机溶剂置换以及超临界或冷冻干燥，即可实现绿色、低成本和规模化制备PES气凝胶。通过调控PES浓度（3-11 wt.%），其力学性能可实现从超弹性到刚性的大范围调节。11 wt.% PES轴向压缩模量高达36.4 MPa；9 wt.% PES降噪系数（NRC）达0.41，实际隔音达29.5 dB；热导率低至0.0397 W/(m·K)，极限氧指数（LOI）高达35，且具备自熄性。此外，该材料可完全回收再生，制备策略普适性强。该工作为高性能聚合物气凝胶的工业应用开辟了绿色、经济、可规模化的新路径。

  2026年7月6日，相关成果以“Superstrong Thermo-acoustic Insulating Polyethersulfone Aerogels Fabricated via Freeze casting-etching-ambient pressure drying Strategy”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。大连理工大学化工学院硕士研究生陈欣悦为文章第一作者，李海龙副教授、邹方鑫副教授和张守海教授为论文的共同通讯作者。

图1. 多尺度PES气凝胶的制备流程和性能

  得益于其各向异性的定向孔结构，PES气凝胶在轴向和径向展现出截然不同的力学行为（图2）。其中，11 wt.% PES气凝胶轴向压缩模量高达36.4 MPa；而将浓度调低至3 wt.%时，材料又在径向展现出优异的弹性恢复能力，100次循环压缩后高度保持率达82.6%，仅需调整浓度即可实现从“刚性承重”到“弹性回复”。这种各向异性结构也赋予了材料独特的隔热表现（图3），轴向和径向热导率分别为0.0397–0.0569和0.0387–0.0541 W/(m·K)。与此同时，该气凝胶还具备本征阻燃性，极限氧指数达35，表现出自熄性，热失重温度高达526 °C。声学性能方面（图4），9 wt.% PES气凝胶降噪系数（NRC）可达0.41，在实际隔音测试中可将80.2 dB噪音降低29.5 dB。这一出色表现得益于其独特的枝晶状分支结构，而该浓度下的压缩模量仍高达16.9 MPa，成功打破了高强、隔热阻燃与优异吸声隔音难以兼得的困境。

图2. PES气凝胶的机械性能

图3. PES气凝胶的隔热和阻燃性能

图4. PES气凝胶的吸音隔音性能

  基于上述优异的综合性能，研究团队选取9 wt.% PES气凝胶组装成微型模型，在25 kg载荷下验证其实际应用潜力（图5）。当外部温度从室温升至200 °C时，模型内部温度仅从21 °C升至32 °C，且结构未发生任何坍塌变形；隔音测试也显示其对低频和高频噪音均保持稳定的降噪能力。更值得关注的是，该PES气凝胶展现出优异的可循环性能，再生后气凝胶微观结构与原样品高度一致，轴向和径向压缩模量几乎完全恢复。这种简便绿色的制备策略还展现出良好的普适性，已成功拓展至PPESS以及PES/PPESS复合气凝胶体系，为其他高性能工程塑料气凝胶的制备提供了新思路。

图5. 大尺度PES气凝胶的制备和多功能应用

  综上所述，本研究通过定向冷冻-刻蚀-常压干燥技术，以绿色简便的方式制备了高性能PES气凝胶，并成功克服了常压干燥中毛细管力导致孔隙塌陷的难题。同时，仅调节聚合物浓度即可精确调控微观形貌与功能特性，在压缩强度、隔热、阻燃及吸声隔音之间实现了优异平衡，同时该策略绿色环保可循环且普适性强，可拓展至其他高性能聚合物体系，为先进航空航天热声管理应用提供了一个可规模化、可持续的材料平台。

  全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76784