超輕陶瓷氣凝膠由于其低密度和導熱性、高比表面積、高孔隙率以及化學和熱惰性，在熱、電、磁、醫療、光學和化學等領域應用廣泛。但是傳統陶瓷氣凝膠脆性較大且加工困難，在較高的外部應力或應變下極易發生結構坍塌，限制了其在航空航天和國防等極端環境中的應用。因此，通過結構設計來改善陶瓷氣凝膠的可拉伸性能目前仍存在困難。

近期，東華大學研究團隊采用三維反應靜電紡絲法合成了一種具有三維交織卷曲納米纖維結構的陶瓷氣凝膠（ICCAs），該氣凝膠具有優異的力學性能和熱穩定性，為簡單、快速、低成本地大規模生產具備復雜形狀的陶瓷納米纖維提供了借鑒。

三維反應靜電紡絲由射流中的溶膠—凝膠反應控制，通過調整膠體粒子的質子化程度，可控制溶膠射流的凝膠化速率，在毫秒內實現對射流形狀的精確控制。該研究采用高導電率和低黏度的溶膠溶液，通過添加少量高分子聚合物，將錐形液滴的噴射模式改變為多噴射模式，而膠體顆粒之間的凝結不受影響。射流由于高的表面電勢被拉長為細長的直射流，形成三維卷曲結構。高反應性的膠體顆粒通過凝結和射流凝固形成高交聯且堅固的骨架，抑制了三維卷曲納米纖維結構的變形和坍塌。最后，將氣凝膠前驅體在1000℃的空氣中焙燒1h，得到ICCAs。

與傳統陶瓷纖維材料的層狀結構和傳統陶瓷氣凝膠的珍珠項鏈狀結構相比，ICCAs具有三維交織卷曲納米纖維結構，即使在1400℃煅燒后，其仍具有良好的熱穩定性。而且，ICCAs可以拉伸和打結而不會出現任何可見的斷裂。密度為6 mg/cm³，重量為0.06 g的ICCAs可以承受約自身重量的3300倍而不會斷裂。

ICCAs具有優異的拉伸彈性、抗疲勞性能和延展性，可以從初始形態拉伸到100%的拉伸應變而不斷裂，拉伸斷裂應力為12.7 kPa；在應變為40%的情況下，ICCAs可以承受1000次拉伸—釋放循環；在振蕩應變為5%的條件下拉伸10萬次后，其儲能模量、損耗模量和阻尼比基本保持不變；在1300℃焙燒1h后，ICCAs仍能表現出極好的延展性，拉伸應變高達48.3%。

兼具低導熱性、高度可拉伸性和柔韌性的ICCAs可以在極端環境下作為隔熱材料應用，而且制備簡單。通過中試裝置，可以在1h內方便、快速地制備出長170 cm、寬130 cm、高12 cm、重313 g的陶瓷納米纖維氣凝膠前驅體。

ICCAs具備超輕、隔熱、堅固的結構穩定性、拉伸性和耐疲勞性等特點，在個人防護設備、太空飛行器熱防護系統和柔性可穿戴電子設備方面具備潛在適用性。相關工作以“Direct synthesis of highly stretchable ceramic nanofibrous aerogels via 3D reaction electrospinning”為題發表在《Nature Communications》上。

（來源：紡織導報官微）