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  隨著能源消耗不斷攀升，化石燃料資源愈發緊缺，其中建筑能耗約占全球30%，而傳統建筑保溫材料如EPS、XPS存在著導熱系數高、石油基原料不可再生、難以自然降解等問題。近年來，殼聚糖氣凝膠因其原料可再生、生物可降解等特點，而廣受關注。然而，殼聚糖氣凝膠存在著易燃、隔熱性能不足，機械強度低等問題，而現有策略難以實現多功能協同增強。因此，如何解決殼聚糖氣凝膠固有難題，并保留生物可降解性和可循環回收性，是其實際應用的關鍵之處。

  針對以上難題，江南大學紡織科學與工程學院付少海教授/王冬副研究員團隊提出原位礦化雙網絡策略，以含磷氮橋聯有機硅氧烷為前驅單體、TEOS作為交聯劑，在基體網絡內生長周期性有機磷-氮-硅網絡結構，制備出雙網絡結構復合氣凝膠（圖1），具有輕質隔熱、高阻燃性和壓縮回彈性的優異性能，同時保持出色的生物可降解性和循環回收利用性。

圖1殼聚糖復合氣凝膠的雙網絡原位礦化策略

  如圖2所示，通過SEM、BET等技術手段證明了CS-PPO復合氣凝膠多孔結構的存在，可限制孔道中空氣的熱對流運動，為優異的隔熱性能提供結構基礎。利用高倍TEM、核磁等多種技術手段證實了含磷氮橋聯硅氧烷前驅體通過水解-縮聚反應在殼聚糖基質內原位生成了周期性磷氮硅網絡結構。

圖2殼聚糖復合氣凝膠的結構表征

  圖3展現了殼聚糖復合氣凝膠的結構穩定性和壓縮回彈性。在30%和50%恒定壓縮應變下，復合氣凝膠經歷1000次循環壓縮測試后分別保留了最大壓縮原始強度的93.0%和90.5%。分子動力學模擬直觀地證明了周期性磷-氮-硅網絡和殼聚糖基體網絡之間的強氫鍵作用，從而使氣凝膠通過應力轉移和氫鍵重組具有高的結構穩定性和循環壓縮回彈性。

圖3 殼聚糖復合氣凝膠的力學性能

  與先前文獻報道的氣凝膠材料比較，殼聚糖復合氣凝膠的密度和導熱系數要更低，展示出其輕質隔熱特性。熱臺實驗的紅外熱成像圖直觀地表征了復合氣凝膠在不同溫度梯度下的隔熱能力，在180 °C的熱沖擊下，其表面溫度低至51.4 °C。此外，鮮花在3 cm厚的復合氣凝膠上直接遭受酒精燈的燃燒仍可保持新鮮的外觀，手指也可直接接觸正遭受酒精燈燃燒的氣凝膠表面而不感到灼燒感。復合氣凝膠覆蓋在液氮上，表面溫度保持在11.3 ℃（圖4）。

圖4 殼聚糖復合氣凝膠的隔熱性能

  與殼聚糖氣凝膠相比，殼聚糖復合氣凝膠具有極低的熱釋放速率峰值、總熱釋放量、CO₂釋放速率峰值和CO釋放速率峰值，并且其熱釋放速率峰值和極限氧指數也遠優于EPS、PU等傳統隔熱材料和文獻中報道的各種氣凝膠材料，表明阻燃性能優異。1 cm厚的殼聚糖復合氣凝膠能夠抵抗1300 ℃丁烷火焰的持續沖擊而不被燒穿，背面溫度不超過180 ℃，表明其具有優異的耐高溫火焰沖擊性能與高溫隔熱性能（圖5）。

圖5 殼聚糖復合氣凝膠的阻燃性能

  該研究成果以“Biodegradable Dual-Network Chitosan Composite Aerogel by In Situ Mineralization for Substituting Petroleum-Based Counterparts”為題發表于《Small》期刊。江南大學本科生史鵬泰為第一作者，王冬副研究員為唯一通訊作者。該研究得到了江南大學學生創新創業訓練計劃（No.202510295017Z）、江蘇省阻燃纖維和功能性紡織品關鍵技術創新平臺（2022JMRH-003）和中國江蘇省自然科學基金（No.BK20231238）的資助。

  原文鏈接：http://doi.org/10.1002/smll.202506668