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  作為世界上最輕的材料之一，氣凝膠被廣泛應(yīng)用于保溫隔熱、電磁屏蔽、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。然而，由于其強(qiáng)度較低，在某些特定環(huán)境中的應(yīng)用受到嚴(yán)重限制。天然材料精致的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的特性為改善氣凝膠的性能提供了指導(dǎo)。盡管仿生氣凝膠作為一種新興的材料已經(jīng)受到研究人員的廣泛關(guān)注，然而，到目前為止與仿生氣凝膠材料相關(guān)的綜述論文寥寥無(wú)幾。

 圖4 仿生氣凝膠材料未來(lái)的發(fā)展。

挑戰(zhàn)與展望

  本文對(duì)仿生氣凝膠材料的類別、制備方法以及應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了全方位的總結(jié)和歸納，并分析了從生物材料過(guò)渡到仿生氣凝膠材料的重要方法。通過(guò)集中討論仿生氣凝膠材料的基本特性，希望為該領(lǐng)域的發(fā)展提供一個(gè)簡(jiǎn)明概要。為促進(jìn)仿生氣凝膠材料的發(fā)展，本文提出了仿生氣凝膠材料在科學(xué)研究中所存在的挑戰(zhàn)及解決策略。

  首先，由于生物材料的固有特性難以復(fù)制，通過(guò)模仿生物材料得到的仿生氣凝膠要獲得與生物材料完全相同的特性具有很大的挑戰(zhàn)性。對(duì)于仿生高強(qiáng)度各向異性氣凝膠而言，揭示其力學(xué)性能與取向結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系、建立理論模型、實(shí)現(xiàn)氣凝膠網(wǎng)絡(luò)在分子、微納米尺度上的精確設(shè)計(jì)仍需進(jìn)一步探索。在仿生的異質(zhì)復(fù)合氣凝膠體系中，設(shè)計(jì)異質(zhì)界面分子的相互作用仍然是一項(xiàng)艱巨而富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。從生物材料的微觀結(jié)構(gòu)入手，精確模仿這些結(jié)構(gòu)并更深入地挖掘其具有特殊功能的機(jī)理，是未來(lái)制備多功能仿生氣凝膠材料的關(guān)鍵。

  此外，盡管近年來(lái)仿生氣凝膠的制備工藝正在逐步優(yōu)化，應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣泛，但在材料的成型和干燥過(guò)程中，傳統(tǒng)的超臨界干燥和真空冷凍干燥仍然不可或缺。這一過(guò)程不僅耗時(shí)，而且嚴(yán)重依賴于設(shè)備。因此，簡(jiǎn)化氣凝膠的制備工藝、縮短其生產(chǎn)周期、提高其制備效率是未來(lái)仿生氣凝膠材料發(fā)展的重要方向。

  最后，與傳統(tǒng)隔熱保溫材料相比，仿生氣凝膠材料雖優(yōu)勢(shì)明顯，但生產(chǎn)成本較高，價(jià)格昂貴。有效降低仿生氣凝膠材料的成本，一方面有賴于制備工藝的突破，另一方面要通過(guò)低成本原材料的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ta/d4ta00851k