為實(shí)現(xiàn)氣凝膠材料的輕薄化設(shè)計(jì)，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張學(xué)同團(tuán)隊(duì)和海南大學(xué)教授廖建和團(tuán)隊(duì)合作，尋找到一種可切割、可壓縮的氣凝膠前驅(qū)體，進(jìn)而發(fā)展出一種簡易的氣凝膠輕薄化設(shè)計(jì)方法。該研究為氣凝膠材料的輕薄化設(shè)計(jì)及限域空間內(nèi)熱能的多元化管理提供理論支持和指導(dǎo)，有望在未來先進(jìn)的5G便攜式電子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)熱控管理的多元化應(yīng)用。相關(guān)研究成果以Nanoporous Boron Nitride Aerogel Film and Its Smart Composite with Phase Change Materials為題，發(fā)表在ACS Nano上。

圖1.三聚氰胺-二硼酸鹽氣凝膠塊體材料的可切割性（a-c）、可壓縮性（d），氮化硼氣凝膠薄膜的力學(xué)柔性（c-g）及微觀形貌（h-i）

研究人員通過水-叔丁醇共溶劑體系，調(diào)控硼酸與三聚氰胺的氫鍵組裝，獲得由納米帶相互纏繞、搭接而成的三聚氰胺-二硼酸鹽（M·2B）氣凝膠塊體材料。該氣凝膠塊體具備可切割、可壓縮等特征，具有良好的可加工性能。經(jīng)過簡易的切割、壓縮及高溫?zé)峤猓@得柔性、自支撐的氮化硼氣凝膠薄膜；通過工藝參數(shù)調(diào)控，能夠調(diào)控氮化硼氣凝膠薄膜厚度、密度、形狀及尺寸，所得氮化硼氣凝膠薄膜在室溫、液氮及火焰中均可彎曲，表現(xiàn)出良好的力學(xué)柔性（如圖1所示）。

圖2.不同溫度下氮化硼氣凝膠相變復(fù)合薄膜的光學(xué)照片（a）、薄膜的微觀形貌（b-d）及熱性能（e-g）

此外，研究人員以上述氮化硼氣凝膠薄膜作為支撐材料，獲得氮化硼氣凝膠相變薄膜。由于氣凝膠自身具有的顯著毛細(xì)作用力，因此，能夠有效束縛并限域熔融態(tài)的有機(jī)固-液相變材料，防止熔融態(tài)相變材料泄露。所得氮化硼氣凝膠薄膜表現(xiàn)出良好的形狀穩(wěn)定性，所得氮化硼氣凝膠相變復(fù)合薄膜具有高相變焓值，且具有優(yōu)于目前商業(yè)化柔性相變材料的熱導(dǎo)率（如圖2所示）。

圖3.氣凝膠薄膜及相變復(fù)合薄膜在便攜式電子系統(tǒng)中的熱管理示意圖

氣凝膠及其相變復(fù)合材料具有以下熱控管理潛能：氣凝膠薄膜具有低導(dǎo)熱率、輕薄等特征，可實(shí)現(xiàn)限域空間內(nèi)熱量的隔絕；氣凝膠相變復(fù)合薄膜能夠在溫度變化的環(huán)境中，可逆的吸收或釋放熱量，并維持自身溫度相對恒定，實(shí)現(xiàn)對熱能的限域與調(diào)制。研究者初步探究氮化硼氣凝膠薄膜及其相變復(fù)合薄膜在先進(jìn)電子系統(tǒng)（如便攜式、可穿戴、5G等）多元化熱控管理中的可行性，并以此提出基于隔熱與熱能調(diào)制的兩種熱控管理策略及其應(yīng)用形式與場景（如圖3所示）。氣凝膠薄膜及相變復(fù)合薄膜能夠有效改變和調(diào)控?zé)崃鞯膫鬏敺较颍柚篃崃肯蚋浇锝M織及其他功能單元擴(kuò)散，為電子系統(tǒng)提供舒適的運(yùn)行環(huán)境和為使用電子器件的人體提供舒適的佩戴或使用環(huán)境。

來源：蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所