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成果展示

木材的定向孔隙结构使其具有多种优异的性能，其中较低的导热系数吸引了研究人员开发类似木材气凝胶作为优良的保温材料。然而，严格的环保要求对气凝胶的可持续性提出了新的严格要求。基于此，中国科学技术大学俞书宏院士和管庆方副教授（共同通讯作者）等人报道了一种自下而上的策略，利用天然生物质和矿物中现有的纳米结构，制备出一种具有优良隔热和耐火性能的纯天然木材气凝胶。通过暴露存在于微尺度生物质颗粒中的纳米级纤维素，显著增强了这些颗粒之间的相互作用，使得有可能将它们构建成类似木材气凝胶。木质结构极大降低了气凝胶的热导率，使其具有17.4 mW m^-1 K^-1的超低自由基热导率。

同时，由于加入了天然粘土纳米片，气凝胶的耐火性能也有了很大的提高，可以承受1300 ℃高温的火焰至少20 min而不被烧透。它的隔热和防火性能优于天然巴尔沙木和大多数商业海绵，使其成为现有商业隔热材料的理想替代品。此外，它的天然木质构件使这种气凝胶具有良好的生物降解性和可持续性，减少了废弃隔热材料对环境的负面影响。

背景介绍

木材作为一种用途广泛的材料且资源丰富，由于其具有低密度、低导热等优异性能，已被广泛使用了数千年。尽管天然木材有许多明显的优点，但其存在易燃性、尺寸有限等问题，严重限制了它的应用。直径数十微米的木质线型通道结构，使其具有独特的各向异性力学和热性能，在隔音、净水、隔热等方面具有良好的应用前景。近年来，各种具有独特物理性能和广泛应用的类木材料被开发出来，其中具有优良保温性能的气凝胶是最重要的研究课题之一。

基于塑料和树脂的木质气凝胶在保温性能上已优于商用海绵材料，但它们受到生物降解性差的严重限制，可能导致废物的积累和大量的环境问题。此外，基于纳米级积木的类似木材气凝胶也受到其可持续性不足和成本高的限制。因此，面对不可持续性的问题，开发低成本、低能耗、环保的新型砌块将对类似木材气凝胶的发展起到至关重要的作用。通过从实际木块中去除木质素，还可以获得具有木材状排列结构的多孔材料，显示了一种将天然原材料加工成隔热材料的自上而下的策略。

图文速递

图1.纯天然木材气凝胶的制备和应用

图2. SNWPs的表征

图3.纯天然木质气凝胶的木质通道结构表征

图4.纯天然木材气凝胶的导热系数

图5.纯天然木材气凝胶的优异阻燃性

小结

总之，作者报道了一种表面改性策略，以激活生物质颗粒的表面，并通过自下而上的构建方法，使用天然原料生产纯天然木材气凝胶。制备的纯天然木材气凝胶不仅具有比大多数商用海绵材料和天然轻木更好的隔热性能和阻燃性，而且这种气凝胶完全可生物降解，使用后不会对环境造成损害，并使其成为大多数商用隔热材料的理想替代品。这种具有优异隔热和防火性能的环保气凝胶减少了碳排放，这一直是科学界和材料实际应用的关注点。

文献信息

An all-natural wood-inspired aerogel. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202211099.

https://doi.org/10.1002/anie.202211099.

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