氣凝膠材料在紡織品上的應用研究進展

趙倫玉，隋曉鋒，毛志平，李衛東，馮雪凌

(1.東華大學 化學與化工學院，上海 201620；2.東華大學 生態紡織教育部重點實驗室，上海 201620；3.東華大學 紡織學院，上海 201620)

氣凝膠是一種由聚合物分子或連續的無機納米粒子重復堆疊形成的具有三維開放網絡結構的多孔材料，孔徑范圍在1～100 nm之間，孔隙率高達80.0%～99.8%。由于其兼備納米級的孔洞結構和聚集態的物質屬性，因而整體呈現出多種寬范圍可調的物理性質。例如，氣凝膠材料的密度可高達1 g/cm3，與固體塑料密度相當，而最低也僅有0.16 mg/cm3，為空氣密度(1.29 mg/cm3)的1/6。與密度密切相關的聲阻抗參數同樣有著1×103～1×107kg/(m2·s)的巨大跨度。除此之外，氣凝膠材料還擁有極低熱導率(最低可達0.013 W/(m·K))、超大比表面積(500～1 200 m2/g)、超低介電常數(最低可達1.008)，以及可調折射率(最低可達1.025)等物理特性[1]。憑借這些性質，氣凝膠在保溫隔熱、吸附催化、分離過濾、消聲隔聲、組織工程等各領域皆有廣泛的應用。尤其在紡織領域，已經開發了多種氣凝膠基紡織品的制備工藝，并實現了工業化制造與生產。

本文首先梳理了氣凝膠材料的定義演變歷史，明晰其日益模糊的概念。然后重點圍繞應用方法和應用形式，闡述了氣凝膠在不同應用中的作用機制及目前國內外的相關研究進展。最后指出在氣凝膠基紡織品的應用中亟待解決的問題，并展望了未來紡織領域中氣凝膠材料的發展趨勢。

1 氣凝膠的定義演變

1931年，美國斯坦福大學Kistler教授首次將氣凝膠材料引入公眾視野，以水玻璃為原料，通過鹽酸催化、氯離子洗除、溶劑交換、乙醇超臨界干燥等工序，獲得了第1塊SiO2氣凝膠，并創造了“aerogel”這一概念——濕凝膠中固體骨架基本不收縮的情況下，將液體連續相轉換為氣體連續相后的一種固體材料[2-3]。隨著氣凝膠種類和制備方法的不斷創新，氣凝膠的定義也在逐步更新，至今為止對氣凝膠的定義還未有統一的標準，因此，對其概念進行重新梳理對于了解這種材料的本質具有重要意義。

1998年，Hüsing教授在其綜述中羅列出了氣凝膠的2種定義：一種是不管結構性能如何，濕凝膠經過特殊的干燥過程——超臨界干燥處理后獲得的材料，皆被稱為氣凝膠；二是當一種凝膠孔隙中的液體被空氣代替時，其孔洞和網絡的典型結構可很大程度上被保留的材料叫作氣凝膠[4]。2001年，卡伯特公司在其專利中提出了類似的概念，認為氣凝膠在狹義上指的是“在高于臨界溫度和臨界壓力條件下，除去濕凝膠中的流體得到的干燥凝膠”，而廣義上指的是“用空氣作為分散劑的凝膠”，將狹義上的氣凝膠、干凝膠和低溫凝膠都囊括在內[5]。然而隨著冷凍干燥、常壓干燥等其他干燥技術應運而生，氣凝膠狹義上的概念逐漸被拋棄。國際純化學和應用化學聯合會將氣凝膠定義為一種由微孔固體構成且其中分散相是氣體的凝膠[6]。2011年，Aegerter等[7]在“Aerogel Handbook”中重新沿用了Kistler教授的定義，認為氣凝膠是濕凝膠中的液體被空氣取代，同時固體網絡僅存在極小收縮的材料，但對于“極小”這種程度副詞并沒有做出明確限定。

事實上氣凝膠目前已被公認為是一種具有三維多孔網絡結構以及類似于泡沫的超高孔隙率、超低導熱率等特征的物質，而不再強調其制備或干燥的方法，因此，在部分文章中即使制備的多孔材料既不源于濕凝膠，也未經溶膠-凝膠過程，同樣也被稱為氣凝膠。最初定義為干凝膠(xerogel)和冷凍凝膠(cryogel)的多孔材料也逐漸被認為是氣凝膠，例如：2009 年Aliev等[8]通過化學氣相沉積法制備的碳納米管基氣凝膠；Jin等[9]通過冷凍干燥技術得到的納米纖維基氣凝膠。2013年，上海同濟大學杜艾教授在綜述中重新定義了氣凝膠，認為物質的3種常見狀態中，氣態與固/液態間在密度、自由焓等特征值上具有較大差別，而“氣凝膠態”介于二者之間，且這種物質與其他物質狀態皆具有相似的廣泛化學組成，所以氣凝膠應被歸類為一種新的物質狀態[1]。為凸顯氣凝膠材料有別于其他多孔材料的結構特殊性，Ziegler等[10]對氣凝膠材料的孔徑和孔隙率等物理參數進行限制，認為氣凝膠是一種具有高達幾百納米的中孔和大孔，孔隙率超過95%，且分散相是氣體的固體。

2 氣凝膠在紡織品上的應用

目前，氣凝膠的生產早已實現工業化，經由各種加工手段開發出的不同類型的氣凝膠原料已應用于不同場景(見圖1[11])。作為一種新的物質狀態，氣凝膠類材料在眾多領域皆體現出一定的應用潛力，尤其是紡織領域。超低熱導率、超高孔隙率以及寬范圍可調的密度和聲阻抗等特性，使其成為隔熱隔音、防寒保暖紡織品的理想材料，因此，氣凝膠基紡織品的開發與應用具有極大的商業價值。

圖1 氣凝膠材料

2.1 氣凝膠在紡織品上的應用方法

如何將氣凝膠應用在紡織品上，是其真正走入大眾市場的關鍵。氣凝膠材料的三維納米網絡結構引入極低熱導率的同時，也帶來了很多問題，包括高度脆性、易碎和較差的形狀可塑性等，因而直接將氣凝膠加工成紡織品的應用方式并不現實。目前主要采用的手段是將其與傳統面料或增強材料結合，制備紡織品復合材料。按有無凝膠過程可將這些方法大體分為2種：一種是凝膠整體成型法；另一種是物理摻雜法。后者包括熱黏合法、涂層法等[12-14]。本文針對幾種常用的應用方法進行詳細介紹。

2.1.1 凝膠整體成型法

凝膠整體成型法，顧名思義，就是在前驅體溶液中加入纖維等增強材料或其他功能材料，然后進行溶膠-凝膠以原位制備氣凝膠基復合材料，工藝流程如圖2所示。此種方法制備的大都為毛毯、毛氈類整料，可應用于汽車坐墊、地毯等隔熱隔音用品。Oh等[15]將滌綸非織造布浸入正硅酸乙酯(TEOS)/乙醇混合物中，通過溶膠-凝膠后制備了具有超多孔且柔軟的滌綸/SiO2氣凝膠毯，通過掃描電子顯微鏡觀察到SiO2氣凝膠團簇有效地圍繞著聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維，形成網絡結構，使得復合材料具有良好的吸聲和隔熱效果。Li等[16]將TEOS作為前驅體，倒入模具后逐層疊加芳綸，再經溶膠-凝膠、溶劑置換、表面改性以及常壓干燥等步驟，獲得了力學性能增強的SiO2氣凝膠材料。力學性能和熱導率測試結果表明，添加5%芳綸時效果最佳，此條件下復合材料的彈性模量低且熱導率可降至0.022 W/(m·K)。Xu等[17]將碳化硅遮光劑改性后的莫來石纖維置于Al2O3-SiO2溶膠中，經老化和干燥后成功制備了基于Al2O3-SiO2氣凝膠的隔熱復合材料，熱導率僅為0.049 W/(m·K)。類似地，羅佳妮等[18]分別采用聚丙烯(PP)針刺織物和PET吸聲棉作為增強材料，將其浸入SiO2溶膠中，整體成型制備了具有良好彎曲性和韌性的PP/SiO2和 PET/SiO2復合氣凝膠材料，且相較純非織造布，其具有更高的吸聲系數。

圖2 整體成型法工藝流程圖

凝膠整體成型法的特點是，在前驅體溶液進行溶膠-凝膠之前摻入纖維等增強材料，制成混合濕凝膠，最后通過干燥制得氣凝膠基復合材料。由于纖維等添加物對成型氣凝膠起到了交聯和支撐的作用，而成型氣凝膠反過來對纖維起到了纏結和固定的作用，二者相輔相成，使復合材料的力學性能較純氣凝膠材料有了極大改善。該方法很好地解決了氣凝膠在制備過程中易收縮、開裂的問題，材料整體隔熱性能也很穩定[19]。缺點在于纖維等功能材料在溶膠中的分散性差，導致其與氣凝膠基體的結合牢度低，顯著影響材料的隔熱性能。另外，制備出的復合材料通常也面臨著嚴重的掉渣問題。

2.1.2 熱黏合法

岳曉華[20]按照一定比例將SiO2氣凝膠顆粒、陶瓷纖維、黏合樹脂材料、催化劑和結構控制劑在室溫下均勻混合成漿料，再將其倒入底層覆有非織造布的模具中，在上層也覆蓋一層非織造布后熱壓制備了導熱系數僅有0.023 6 W/(m·K)的SiO2氣凝膠絕熱氈墊。該方法工藝簡單，流程少，制得的氣凝膠氈墊柔韌性好，且掉渣問題也得到了很好的解決。Xiong等[21]借助層壓技術，使用低熔點黏合劑充當熱黏合材料，在非織造布基材上逐層涂覆氣凝膠顆粒和黏合劑，并在頂部放置靜電紡納米纖維網，最后將層狀體系在給定的預張力和連續壓力下熱壓，制得具有良好透氣性與隔熱性的層狀織物。類似地，Bhuiyan等[22]通過將粘膠纖維與聚酯纖維共混熱壓制造非織造布，然后將SiO2氣凝膠粉末填充到2層非織造布中進一步熱壓制備了氣凝膠非織造布，該非織造布具有耐熱性、抗液體滲透性和透氣性等優異性能，能夠作為防護服夾層實現化學防護和熱防護。

熱黏合法的特點在于漿料的制備，一般做法是將氣凝膠整料粉碎、研磨成氣凝膠顆?；蚍勰?，直接或溶解分散到溶劑中后，按一定比例與功能材料、黏合劑均勻共混成漿料，再通過高溫黏合制得氣凝膠基復合材料，工藝流程如圖3所示?？偟膩碚f，此種加工方法操作簡單，適合規?；褂?，但其最大的缺點在于黏結壓模過程中會產生較大孔洞，且高比例黏合劑的引入也會使復合材料的導熱系數提高，消音隔熱能力大打折扣。

圖3 熱黏合法工藝流程圖

2.1.3 涂層法

與熱黏合法類似，涂層法同樣需要制備氣凝膠漿料，基本工藝流程如圖4所示。賀香梅等[23]以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)作為硅源，通過溶膠-凝膠和常壓干燥工藝開發了導熱系數在0.03～0.04 W/(m·K)之間的SiO2氣凝膠，并將此氣凝膠碾碎成粉料，與聚氨酯(PU)類黏合劑共混制備漿料，最后將其涂覆在棉織物上得到隔熱織物，該復合織物的導熱系數最低可達0.101 W/(m·K)。類似地，張明明等[24]采用傳統的水玻璃作為硅源，通過溶膠-凝膠和超臨界干燥工藝制備了SiO2氣凝膠，而后將其研磨成粉與聚丙烯酸酯黏合劑共混制漿，最后利用涂層的方式將其與織物結合，得到復合隔熱紡織品，探索了氣凝膠與黏合劑質量比對復合織物隔熱參數的影響，結果發現其比值為12∶15時效果最好，在相同熱通量條件下，涂層織物與空白樣間的溫差高達9.1 ℃。Jabbari等[25]對滌綸機織物進行SiO2氣凝膠/聚氯乙烯漿料的雙面涂層整理，熱導率測試證明含4%氣凝膠的涂層織物其絕熱性能最好，熱導率值僅為0.152 W/(m·K)，而當SiO2氣凝膠含量超過4%時漿料的黏度會受到影響，不利于涂層成型。Bhuiyan等[26]將SiO2氣凝膠粉料與PU黏合劑共混制備涂層漿料，利用刀涂法將其均勻涂覆在棉織物上形成疏水表面層，最終制備的復合材料具有良好的防水和防化學試劑滲透作用，且隨著SiO2氣凝膠含量的提高，復合織物的透氣透濕性也有所改善，熱舒適性進一步提高。

圖4 涂層法工藝流程圖

涂層法與熱黏合法的相同點在于皆需將成品氣凝膠粉末與黏合劑混合制備漿料，不同點是涂層法的漿料中無需加入纖維等增強劑，而是通過后續的涂層工藝將氣凝膠材料與織物基材復合。此種方法由于工藝簡單流程少，是目前氣凝膠材料與紡織品結合最為通用的策略。復合材料的力學性能取決于基材原料，因而有效避免了純氣凝膠材料力學性能差的問題，且涂層工藝較好地規避了氣凝膠材料在應用過程中出現的掉渣現象。但由于氣凝膠材料在最終制備的復合材料中占比少，其結構優勢受到抑制，使復合材料的隔熱性能普遍低于其他方法制得的復合材料。

2.2 氣凝膠在紡織品上的應用形式

2.2.1 熱防護紡織品

熱量的傳遞主要有3種方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。嚴格意義上熱傳導的介質是固體，而熱對流主要發生在液相與氣相中，熱輻射指的是輻射電磁波放熱，因而在任何介質中都存在。對于具有納米級三維多孔網絡結構的氣凝膠材料，熱傳導需經過復雜曲折且纖細的網絡骨架，其固相傳熱效果遠低于其他固體材料；一般情況下氣凝膠的孔徑(1～50 nm)小于氣體分子運動的平均自由程(69 nm)，氣體分子相互碰撞傳熱概率大大下降，所以氣相傳熱受限，在氣凝膠材料中熱對流引起的熱傳遞可忽略不計；另外，氣凝膠的高比表面積意味著其內部具有大量反射面和反射顆粒，可反射輻射熱量，使得輻射傳熱也處于較低水平，因此，氣凝膠材料的導熱系數通常很低，甚至可低于空氣(0.023 W/(m·K))[27-28]。因而氣凝膠材料具有絕佳的隔熱能力，若將其用于制備熱防護紡織品將具有突出優勢。

消防服是消防員進行滅火救援時穿著的專用服飾，是保護消防隊員免受高溫傷害的重要防護用具，其性能優劣直接關系到消防員的人身安全以及工作效率。據GA 10—2002《消防員滅火防護服》所述，消防服是一種多層織物系統，包括外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層。其中，隔熱層作為主要的功能單元，需要兼具高耐火性、耐熱性和隔熱性，能夠有效地阻隔外界熱量向人體傳遞[29]。而氣凝膠材料因其出色的隔熱、不燃和質輕等特性成為消防服隔熱層的理想材料[30]。

Jin等[31]用含5%氣凝膠的丙酮分散液處理芳族聚酰胺非織造布，制備了不同氣凝膠含量的消防服隔熱層，并通過火焰傳熱測試和人體模型測試，對消防員服裝的熱防護性能進行評估，實驗表明其防護性能隨隔熱層中氣凝膠含量的增加而線性增加，且總灼傷程度顯著降低，由原始服裝的25.1%降至12.7%，證明了氣凝膠在消防服中的巨大應用潛力。Qi等[32]對比了傳統芳綸針刺織物和氣凝膠分別作為消防服隔熱層的效果，結果發現暴露在同樣的熱通量下，含有氣凝膠隔熱層的消防服，其背面溫度比傳統芳綸隔熱層要低100 ℃左右，且由于氣凝膠材料固有的低密度，制備的消防服其總密度減少約24.3%，說明使用氣凝膠充當隔熱層不僅可改善熱防護性能，且對減輕衣物質量、提高消防人員動作靈活性也至關重要。有別于常用的SiO2類氣凝膠材料，高珊等[33]制備了石墨烯基氣凝膠并用其開發了復合防火織物，可將人體產生熱損傷的時間延長約 203%。除熱防護性能，消防服的生理舒適性等指標也備受關注。Shaid等[34]將超疏水SiO2氣凝膠納米顆粒摻入羊毛/芳綸混紡織物中開發了一種新型防護服發現，僅用2%的氣凝膠顆粒涂層就能將耐熱性提高68.64%，且證實了氣凝膠涂層對水蒸氣傳輸具有積極作用；另外，還系統地比較了氣凝膠基非織造材料與其他商用材料在充當消防服的增強材料和隔熱材料方面的優劣，證實氣凝膠基非織造材料比現有的商業增強材料和熱棉絮材料的耐熱性高8倍[35]。

眾多研究已證明了氣凝膠材料在消防服中的應用潛能，但值得注意的是氣凝膠作為一種高隔熱材料不僅會抵抗外界熱量的傳入，也會阻擋人體向外界散熱。在高溫環境中，隨著穿戴者體溫的升高，其會不斷放熱導致消防服內部熱量積聚，使穿著體驗感變差，甚至會引發中暑、脫水、呼吸困難等緊急情況。為解決這一問題，科學家們嘗試將相變材料引入氣凝膠基消防服中，利用相變材料在相變點吸收熱量而溫度不變的特性，提高消防服的服用性能。例如，Shaid等[36]在保溫襯布外側涂覆SiO2氣凝膠顆粒，而在與皮膚接觸的內側涂覆相變材料和氣凝膠復合粉料，實驗表明這種組合能夠避免皮膚溫度躍遷，延長了達到疼痛閾值的時間，且高溫下復合材料也很穩定，證明了其高服用安全性和實用性。Zhang等[37]將氣凝膠和微囊化相變材料(MPCM)摻入襯里，并利用熱防護性能測試儀研究了不同的分層構型(傳統熱襯里、相變層和氣凝膠層)對熱防護性能的影響，結果表明氣凝膠和MPCM的結合體現出巨大的協同效應，改善了傳統襯里的性能。張慧等[38]將傳統熱防護面料系統中的隔熱層(芳綸)，用氣凝膠層、相變微膠囊層以及3種復配層替代，對比了6種不同的面料組合配置對隔熱性能的影響，證明當隔熱層為傳統隔熱層、相變微膠囊層和氣凝膠層的三者組合，且放置順序(距離火源)為傳統隔熱層、氣凝膠層和相變微膠囊層時，系統的熱防護性能最好，其二級燒傷時間為218.3 s，與僅有傳統芳綸隔熱層相比提高了90%。

這些研究不僅進一步證明了氣凝膠材料在消防服上應用的可行性，同時針對氣凝膠引起的散熱性差問題給出了有效的解決策略，例如復合使用相變材料實現體表溫度的可控可調。絕大多數的有機相變材料易燃且價格高，如何對其進行阻燃處理或者有效封裝是這種熱防護面料亟待解決的問題；且相變材料的結合并不是提高消防服服用性能的唯一手段，需要進一步探索調溫效果更好、成本更低的解決辦法。除消防服這類特種熱防護紡織品外，氣凝膠材料也被廣泛用于隔熱涂層帳篷[39]、絕熱毯[20]等商用領域，進一步彰顯了其在熱防護紡織品領域的應用價值。

2.2.2 保暖防寒紡織品

氣凝膠材料極低的熱導率不僅意味著其具有良好的隔熱能力，可阻止外界熱量輸入，同時也表明其能夠防止內部熱量輸出，具有優異的保暖性能，因此，在保暖防寒紡織品領域同樣具有很高的商業價值[40]。

研究初期，純SiO2氣凝膠由于力學性能差、強度低、易破碎、加工成本高，在服裝領域的應用十分受限，面向市場的民用氣凝膠保暖服更為少見。直到2002年，Aspen Aerogel公司開發出基于氣凝膠材料的增韌改性技術，將SiO2氣凝膠與柔性纖維結合，制備了易于加工成型的氣凝膠柔性材料，開啟了氣凝膠材料走向紡織服裝領域的步伐[41]。研究人員發現將這種柔性氣凝膠材料應用到宇航服的隔熱襯里時，當氣凝膠層厚度為18 mm時，可抵御-130 ℃的超低溫。隨后，氣凝膠基保暖防寒紡織品不斷涌現，由柔性纖維增強的SiO2氣凝膠基復合織物制成的鞋墊于2005年在美國上市發售[42]；意大利Corpo Nove公司開發的氣凝膠夾克，可經受-25～1 500 ℃的極端溫度環境[43]；美國海軍研發的氣凝膠基保暖衣具有優異的保溫功能，大大減緩了體表溫度的下降速率，有效延長了水下作業時間[44]。另外，2009年Aspen公司與Element 21公司一起開發了“零夾層”氣凝膠纖維，并成功將其應用于服用夾克內，證明了厚度僅為0.3 cm的這種超薄夾克就具有與4 cm厚的羽絨服同等的保暖效果[45]。而最近，中國素湃科技有限公司推出了一款宇航防寒服，其將氣凝膠材料與傳統的有機發泡材料結合，充當防寒服的保暖層，此保暖層密度小于0.4 g/cm3，導熱率小于0.026 W/(m·K)，且由于氣凝膠粉料被限制在發泡PU的孔壁中，不存在掉渣現象[46]。為更直觀地表明氣凝膠材料在保暖服裝上的優越性，蘇文楨等[47]進行了真人在模擬低溫環境中的穿著實驗，通過人體各部位的皮膚溫度監測以及主觀冷暖感判斷，將氣凝膠防寒服與沖鋒衣(傳統抓絨內膽)做對比，證明了氣凝膠防寒服擁有更為優異的保暖效果，也進一步揭示了其較高的實際應用價值。

為將氣凝膠材料進一步推向民用市場，研究者們正致力于豐富氣凝膠材料的應用方式。例如：曹明貴等[48]將SiO2氣凝膠粉末、有機溶劑、沾黏劑等原料共混制備紡絲熔液，而后對其進行加熱干燥、黏貼、壓制等工序，制得SiO2氣凝膠復合纖維非織造布，該非織造布擁有良好的保溫隔熱、防水防風性，導熱系數低于0.05 W/(m·K)，比羽絨羊毛導熱系數還要低；Shi等[49]通過將SiO2氣凝膠顆粒加至熱-濕敏感型熱塑性PU中，制備了可量產的氣凝膠基智能復合薄膜，該復合薄膜具有優異的防水性、自適應透氣性和保暖性，能夠在不斷變化的環境件下保持人體皮膚干燥，提高穿著舒適度，推動了智能服裝的進一步發展；韓健健等[50]從服飾結構角度出發，設計了3層貼合結構(面料層、黏結層、氣凝膠層)，并利用T形插具固定住氣凝膠層與面料層的對應位置，使黏結層不易開膠，提高了氣凝膠層的貼合效果。

從這些成功的應用實例和日漸豐富的應用方式可以看出，氣凝膠材料在保溫服飾上有著巨大的應用價值，也有著廣闊的市場前景。但同樣也存在許多制約條件，例如制造成本高、目標商品受眾小、品牌效應大過產品性能等，因此，仍需致力于降低原料和工藝成本，縮短制備流程，開發氣凝膠與紡織品復合的更有效、方便的應用方式，最大化發揮材料本身性能優勢，以真正實現氣凝膠材料的普及應用。

2.2.3 超疏水紡織品

當材料表面與水的穩定接觸角大于150°且滾動接觸角小于10°時，該表面即為超疏水表面。超疏水紡織品在戶外運動服、防水帳篷、雨傘、雨衣以及汽車內飾等領域皆有廣泛應用?；诤扇~效應的啟發，超疏水表面一般具有2個特性：一是具有微納米粗糙結構；二是具有較低的表面能。氣凝膠材料由連續的納米三維骨架和納米級孔洞組成，將其應用在基體表面可直接提供微納米結構，且氣凝膠的孔洞內有著大量靜態空氣，能夠有效阻止固體表面與水的接觸，因此，利用氣凝膠材料構筑超疏水紡織品具有天然的結構優勢。

張旋宇等[51]將疏水SiO2氣凝膠與聚二甲基硅氧烷(PDMS)共混，通過浸-軋-焙工藝將其整理到棉織物上制備了超疏水棉織物，接觸角由原來的0°變成155.6°，經過25次皂洗后接觸角為137.9°，具有優異的超疏水性和耐洗性。類似地，盛宇等[52]將PDMS與SiO2/TiO2復合氣凝膠混合后制備 PDMS/SiO2-TiO2漿料，同樣采用浸-軋-焙工藝處理到棉織物表面得到了超疏水且具有防紫外線功能的織物，其表面存在微納米粗糙結構，接觸角為 157.7°，紫外線防護系數值(UPF)為122.47。Lang等[53]采用熱誘導相分離技術首先制備了花瓣狀多孔PP氣凝膠，后將其涂覆在PU海綿和PP非織造布材料上，開發了具有氣凝膠表面特性的混合材料，測量發現涂層表面在不同酸堿條件下的接觸角皆大于150°，因此，被成功用于油水分離應用。靳懿等[54]在溶膠-凝膠過程中加入了具有獨特光學特性的納米CuS，并利用含氟硅烷偶聯劑對氣凝膠進行表面改性，最終制備了超疏水的CuS/SiO2復合氣凝膠，將其與PDMS混合處理到棉織物上后得到了超雙疏且防紫外線的功能紡織品，水接觸角可達159.4°，油接觸角可達151.8°，UPF值高達237.43。除借助PDMS作為黏結劑輔助氣凝膠材料改性織物表面之外，丁嬌娥等[55]預先用殼聚糖溶液處理棉織物使其帶有大量氨基，同時使用γ-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和氨丙基三甲氧基硅烷對 SiO2凝膠顆粒進行表面改性，引入環氧基和氨基，最后通過浸軋手段將改性后的氣凝膠共價交聯到棉織物上，顯著提升了二者間的結合牢度。

這些成功案例揭示了氣凝膠材料在超疏水、自清潔紡織品制備上的獨特優勢，值得進一步研究和探討，但同樣也存在改進空間，如多數情況下，氣凝膠基超疏水紡織品的制備需經過浸涂工藝，而溶液中疏水氣凝膠的分散穩定性差，短時間內易團簇，很大程度上限制了這種方法的實施。如何以簡單高效的方式實現氣凝膠材料在織物表面的牢固結合仍是研究的重點。此外，整理過程以及氣凝膠整理層對織物原本性能的影響是不可忽視的，需要在整理的同時盡量避免對原材料結構的破壞或是輔助加入其他增強材料。

2.2.4 消聲隔聲紡織品

多孔材料一直以來都是制備消聲隔聲產品的主要原材料，當聲波進入材料內部相互貫通的孔洞時，空氣分子受到摩擦和黏滯力的作用，產生振動使聲能轉化為機械能，最后因摩擦轉變為熱能被耗散，達到隔音消音的目的。所以若材料中開放的、互相連通的、孔徑小的孔洞越多，其吸聲性能越好，而氣凝膠的高孔隙率和大比表面積的特點使其天然具有極好的吸聲性能，成為消聲隔聲領域的理想材料。

Yang等[56]利用熱黏合工藝將疏水SiO2氣凝膠與PET/PE非織造布復合制備柔性消音材料，結果證明了氣凝膠材料對吸聲效果的正向促進作用。Ramamoorthy等[57]通過整體成型法制備了SiO2氣凝膠/PET非織造布復合材料，測試了其在 50～6 300 Hz的1/3倍頻程頻率下的吸聲系數(SAC)，結果表明氣凝膠/PET 非織造布復合材料的 SAC 比未處理PET 非織造布高約37%。類似地，Talebi等[58]采用相同方法制備了疏水SiO2氣凝膠/PET非織造材料，從氣凝膠孔隙結構的角度評估了其對吸聲行為的影響，證明氣凝膠的密度越低、孔隙率越高、孔徑越大，SAC就越高。向文藝[59]利用物理填充手段，將層疊設置的多個氣凝膠層和吸聲棉復合纖維層作為芯層，填入包裹層中制備了一種隔聲隔熱氈，其保溫隔熱隔聲性能優異，且不易脆裂粉化。

氣凝膠材料的優越特性使得其在消聲隔聲紡織品上發揮著重要作用，但值得注意的是吸聲效果受很多因素的影響，包括氣凝膠的孔隙率、密度、孔徑以及材料本身種類和厚度等，而文獻結論總結的規律性往往不甚相同，因此，消聲隔聲效果優化顯得尤為困難。另外，雖然氣凝膠本身作為填充材料用于吸聲領域的研究有很多，但關于消聲隔聲紡織品的相關報道卻仍在少數，如何拓展其應用將是研發該材料的重中之重。

3 結束語

氣凝膠材料因其特殊的納米多孔網絡結構而具有一些獨特的物理特性，比如孔隙率高、比表面積大、熱導率低、聲阻抗低、介電常數低等，這些性質使其在隔熱隔聲、吸附催化、儲能保溫、分離過濾、組織工程等領域皆獨具優勢；但是強度低、脆性大等缺陷也始終是其走向千家萬戶的攔路虎。雖然相關研究人員已經提出了一些針對性的策略以改善氣凝膠材料的力學性能，但這些方法通常也引入了一些新問題。例如：當采用整體成型法制備氣凝膠基復合材料時，存在掉渣現象，另外氣凝膠粉料也極易從縫線處脫落；而將氣凝膠粉末與一些有機黏合劑復合又會限制氣凝膠本身作用的發揮，保溫隔熱等性能大打折扣，因此，如何在不折損氣凝膠結構性能的基礎上，實現其力學性能的提升是氣凝膠材料真正走向大眾市場的關鍵。

在氣凝膠基紡織品的應用上，氣凝膠材料極低的熱導率雖然使其具有了替代傳統保溫隔熱面料的可能性，但這一點被過分看重，導致現有的氣凝膠基紡織品的應用探索過于聚焦于材料的保溫隔熱性能，缺少對整體服用性能的考量，如壓縮回彈性、透濕透氣性、柔軟性、耐洗滌性等，而這些都是服裝行業必須考慮的問題。為使氣凝膠材料更具市場價值，必須優化其材料配伍，通過組合多種功能性面料、優化排列方式等具體手段，提高氣凝膠紡織品的服用性能。其次，無論在哪方面的應用，氣凝膠材料都存在著制備周期長、制造成本高的問題，大大限制了其走向民用市場的步伐。為解決這一問題，需要探索更加低廉易得的前驅體原料，聚焦低成本的常壓干燥方式，拓展溶劑選項，優化凝膠改性工藝，力求獲得更快的溶劑揮發速率和更穩固的納米骨架結構，從而在維持結構優勢的基礎上實現氣凝膠生產成本的再降低。最后，氣凝膠材料在紡織領域的應用形式仍然太過單一，目前大多研究仍聚焦在保暖服飾和熱防護用具上，缺乏創新性。面向先進制造和未來智能社會的發展要求，功能智能一體化的高附加值紡織品才是新材料領域未來的發展方向。所以為跟上時代的腳步，氣凝膠紡織品也必須向更智能、更全面、多功能的新型材料靠攏，實現老樹開新花。