一、背景介绍
气凝胶是什么？首先我们要了解一下凝胶是什么，凝胶指的是很大含量的电化学水溶液或凝胶，在适当条件下，黏度逐渐增大，最后失去流动性，整个体系变成一类外形均匀，并保持很大形态的弹性半液态。当凝胶被水或其它固体充满著后，即称作水凝胶。相似的是，当凝胶被液体充满著后，即称作“气凝胶”。气凝胶是由凝胶光子相互圣马尔瑟兰县形成奈米胶质数据业务，并在裂隙中充满著液态分散介质的一类高分散液态金属材料。气凝胶拥有很高沟槽率、较低的密度、Sonbhadra表面积、极强孔表面积率。气凝胶的应用广泛，1.出众的隔热隔热性能使其能做为隔热金属材料。2.气凝胶能做为助剂从水中粘附油和其它有毒碳氢化合物。3. 气凝胶的低声速和高裂隙超铝制特性使之成为理想声阻谐振金属材料和巢蛛反声金属材料。
美国生物学家Steven. S. Kistler与朋友的一次赌，看谁能够将豆内的固体改成液体同时不使液态结构发生改变，经过不断的科学研究与探索，Kistler终于制取出了当今世界上第二块SiO2气凝胶。这一脍炙人口的故事，也被称作“气凝胶”的诞生之源。1931年，《Nature》周刊上发表专文《欢聚蔓延气凝胶与豆》标志着气凝胶正式面世。2021年，国际世界顶级权威性学术研究周刊《Science》第250期时，列举能改变当今世界的六种新金属材料，气凝胶独享数项亚洲纪录，位列五大新金属材料名符其实。2022年IUPAC生物化学应用领域五大新经济控制技术气凝胶又占有先机。近年来，生物学家们对于气凝胶的科学研究关注度有增无减。
二、文献分析
1、奈米水溶性A43EI235E的极强多用途气凝胶
由水溶性元素组成的胶质网络代表了一类高效率的金属材料在结构上。大自然利用这种设计建造了各种钢架的生物组织机构。以肌腱、骨小梁和植物组织机构的各向异性为例，这些高机械强度仍然很困难。
科学研究者报道了由芳纶奈米水溶性(ANFs)制取的A43EI235E奈米水溶性气凝胶(CNAs)，具有出众的力学性能。奈米级成分之间独特的相互作用形成了具有高度的节点连通性和水溶性之间强连接的三维网络。这些特征导致了CNAs异常高的硬度和强度，这通过科学研究者对3D水溶性网络的理论模拟所证实。另一方面，在高连通性节点处连续断裂的交联链，在保持整体结构完整性的同时提供了能量耗散。因此，CNAs的断裂能(~4700 J m−2)比许多现有的气凝胶高出一个数量级。此外，CNAs能通过简单的加工步骤制成各种3D结构，这表明它们在可穿戴设备和薄膜控制技术中具有潜在的应用前景。这些极强聚合物气凝胶提供的机理见解可能会为金属材料设计和控制技术创新创造一系列机会。
2、各向异性冷却气凝胶
在过去的几十年里，当今世界上许多地区都有这样的环境，建筑、电动汽车和食品供应链等许多部门的空间制冷所需的能源消耗是二氧化碳排放的主要原因之一，严重阻碍了全球实现碳中和的努力。为了实现节能降温，具有超低导热系数(k)的隔热金属材料，能通过延缓从热环境到冷内部的热传递来减少热损失。
科学研究者设计了一类各向异性冷却气凝胶(ACA)板，该板包含平面内排列孔和孔壁，以提供各向异性k和出众的太阳反射率。受连续逐层添加制造工艺的启发，开发了一类逐层冷冻浇注控制技术来制取分米尺度的各向异性气凝胶板。添加剂冷冻浇注允许凝胶水溶液以逐块的方式从一侧累积冻结，同时在每个冻结块中保持较短的冻结距离，从而使气凝胶板在整个冻结距离上具有一致的排列和孔径大小的面内孔道。高度柔韧、各向异性的气凝胶板具有不同的尺寸和厚度，使用通用的添加剂冷冻铸造控制技术进行了演示。通过在水性聚氨酯(WPU)中引入二维(2D)氮化硼奈米片(BNNS)，进一步设计了定向孔壁，利用BNNS独特的各向异性热光学特性，得到了具有高度各向异性k和高太阳反射率的ACA。采用添加剂冷冻铸造法，由BNNS/WPU凝胶水溶液制成了一个横向尺寸为20 cm×20 cm的超低k(≤24 mW m−1 K−1)和高太阳反射率(≥90%)的ACA板。ACA板在阳光直射下的实际制冷性能优于商业隔热金属材料。这项工作提供了一类自下而上的策略，可方便地、可扩展地制造具有一致孔排列的各向异性气凝胶，用于节能降温应用。
3、常温发泡制取石墨烯气凝胶
具有高裂隙率的超轻气凝胶是利用奈米金属材料特殊表面性质的一类重要形式，在储能、催化、绝热、传感器和A43EI235E金属材料等方面显示出巨大的应用潜力。以石墨烯气凝胶为例，发展了两种基本的制取方法：凝胶凝胶法和模板法。这两种方法都是从可溶石墨烯或其衍生物的稀释分散体开始的。分散的石墨烯衍生物形成相互连接的凝胶，然后通常采用特定的干燥控制技术，如超临界干燥和冷冻干燥以制取液体，以避免结构崩溃。目前，普遍采用的冷冻干燥方法已被广泛应用于小规模制取，但仍不能满足热塑性聚合物海绵的高效率工业化生产。
科学研究者发明了一类溶致塑化发泡(HPF)方法，能将层状氧化石墨烯(GO)液态直接转化为液体，不仅是在连续的块状金属材料中，而且在大面积微阵列中也是如此。HPF法实现了液体的直接发泡，类似于工业热塑性聚合物海绵。水在GO层间的嵌入为气泡的形核和长大提供了塑性。我们发现气泡的形成遵循经典的结晶规则，允许精确控制液体的胞壁厚度(8~40 nm)和密度(5~20 mg cm−3)。稳定的气泡聚集产生了2D薄片的无缝连接，并提供了具有极强机械稳定性的液体，可抵抗极端变形，如撕裂和剪切，能够与聚合物海绵相媲美。直接发泡GA同时具有高应变系数(GF)(~2)和超宽应变范围(0至95%)和超稳定性(104个循环)，表现优于大多数应变传感器。在深度学习的框架下，柔性GA阵列被用作人工智能触觉传感器，在识别金属材料种类和表面结构的准确率达到80%以上，远远超过人类手指的平均识别能力(30%)。
4、奈米水溶性素气凝胶及Cu – BTC/纳米水溶性素气凝胶A43EI235E金属材料
金属-有机框架(MOFs)是由金属节点(金属离子或团簇)连接到多齿有机连接器的胶质结晶聚合物网络。MOFs具有独特的特性，包括表面积极强的裂隙率、低密度、高热稳定性和可调节的裂隙结构，因此在液体分离和储存、催化、粘附、能量储存、药物输送、生物化学传感等许多应用中受到了特别的重视。在各种类型的MOFs中，Cu-BTC或者Cu2(BTC)3是与IRMOF系列一起著名的结构之一。由于Cu-BTC具有开放的金属位点和较大的裂隙率，因此具有特殊的应用潜力。
在本篇文章中，科学研究者成功地合成了纯奈米水溶性素气凝胶以及Cu-BTC/奈米水溶性素气凝胶A43EI235E金属材料。奈米水溶性气凝胶做为Cu-BTC粉末的固定模子，被困在奈米水溶性气凝胶中的Cu-BTC能够保持其性能。结果表明，所制取的A43EI235E金属材料对刚果红有较好的粘附效果。然而，由于刚果红在水水溶液中的阴离子性质，纯的CNC气凝胶对刚果红没有表现出任何粘附。另一方面，Cu-BTC/NFCA43EI235E气凝胶和纯CNC气凝胶均可做为固定的液态还原剂。科学研究者相信，一个完整的液态还原剂将吸引生物学家进行大量的科学研究，因为它能在解决方案中不产生任何有害的副产品而进行应用，因此它避免了副产品分离的需要。另一方面，它很容易从反应介质中分离出来。最重要的是，根据合成条件，这类化合物能同时发挥还原剂和催化剂的作用，就像CNC气凝胶一样。
5、混合胶质六方氮化硼磁性气凝胶
快速的城市化和工业扩张导致了自然水中无机和有机污染物的大量增加，这与公共卫生和水质密切相关。各种工业向水中排放重金属、有机染料和多环芳烃，而没有对这些污染物进行适当的净化处理。由于有毒金属、有机染料和多环芳烃在环境中的持久性和极强的毒性，从环境水中去除它们已被认为是获得清洁水的最重要问题之一。
在本篇文章中，科学研究者旨在合成磁性混合气凝胶(MHAs) ，从水水溶液中有效捕获Cr(VI)， As(V)， MB和酸性橙(AO)。通过在聚乙烯亚胺修饰的六方氮化硼奈米片（h-BNNSs） (命名为PEI-h-BNNSs@Fe3O4 NPs)表面“原位”形成磁铁矿奈米颗粒(Fe3O4 NPs)，然后通过凝胶-凝胶法和冻干处理制取MHAs。制取的MHAs (PEI-h-BNNSs@Fe3O4 NPs-PVA气凝胶)具有不同官能团(- N，-NH，-NH2和- OH)的三维结构，具有较大的比表面积和零净电荷。此外，将磁性金属材料加入气凝胶具有简单、低成本和快速回收过程的额外优势。通过粘附等温线和动力学科学研究进一步科学研究了MHAs的粘附行为，在水水溶液中能够有效捕获Cr(VI)，As(V)，MB和酸性橙(AO)，其最大粘附容量分别为833、426、415、286 mg g−1。并通过修复Cr(VI)/As(V)污染的土壤污泥样品验证了其可行性。
