气凝胶是一种具备微观多孔结构的轻质材料，其在热防护、能源存储、航空航太设备、柔性电子等领域有着重要的潜在应用价值。然而，传统陶瓷的气凝胶材料的力学脆性，限制了承受载荷变形情况下的使用。新近研发的高分子气凝胶因為受限於可用的材料成分，只能在牺牲轻质和多孔性的前提下实现较高的力学强度。
由香港大学（港大）机械工程系助理教授徐立之博士及副教授林原博士领导的研究团队，利用一种常用於製造防弹衣和头盔的合成纤维，研发出一种新型超强韧的气凝胶材料，其力学性能明显优於其他同类的气凝胶。
該新型氣凝膠材料製備方法簡易，具潛力開發應用於可穿戴器件、熱學隱身、濾膜結構以及其他多種新型功能器件中。研究結果已在《自然-通訊》刊登，文章題爲 ”Ultrastrong and multifunctional aerogels with hyperconnective network of composite polymeric nanofibers”。
研究团队利用自行组装的芳纶纳米纤维网路，构建出强韧多孔的新型高分子气凝胶。对位元芳纶材料具有优异的力学性能，常用於防弹衣、头盔等高强结构中。与常见的宏观尺寸芳纶纤维不同，研究团队利用溶液加工方法製备芳纶纳米纤维，再利用纳米纤维和聚乙烯醇之间的相互作用，构建具备高连接度和高节点强度的叁维纤维网路。
「这就像是微观尺度上的桁架网路，我们想办法把这些桁架牢固地焊接到了一起，从而产生一种非常强韧的材料，它的力学性能明显优於其他类似的气凝胶。」徐立之博士解释说。
林原博士负责领导相关的理论模拟工作，阐明了气凝胶的强韧化机理，他説：「我们在电脑中构建了一系列的叁维纤维网路，再现了纳米纤维气凝胶的重要结构特徵。纤维网路节点的力学行為对於宏观力学特性非常重要。我们的模拟研究表明，即使在相同的固含量下，不同的节点连接度和节点结合能造成宏观机械强度上几个数量级的差别。」
「这些研究结果非常令人振奋。我们不仅开发出了一种力学强韧的新型气凝胶材料，同时也探明了纳米纤维网路普适的强韧化机理，这对於其他类似材料的研发也具有重要的指导意义。」徐博士补充说。
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