超隔热材料具有低导热率，是恶劣条件下保护和隔热所必需的。航空航天、机械、深空探测、热能工程等领域尤其需要此类材料，这些领域需要出色的可靠性和稳定性。
(a) a-BNGA 的制造过程示意图。(b) a-BNGA 框架的 SEM 图像。(c,d) 具有多层纳米层结构的 a-BNGA 细胞壁横截面的 TEM 图像。(e) 具有宇航服和月球底座形状的 a-BNGA 的光学照片。图片来源：中国科学出版社
无机气凝胶具有高变形性、超轻重量、低导热性和优异的耐火/耐腐蚀性等多种优异特性，确立了作为绝热体的潜力。然而，无机气凝胶仍然受到其热特性和机械特性之间折衷的困扰，这为进一步检查其功能提供了关键障碍。
虽然无机气凝胶的热或机械特性的改进已经得到很好的研究，但仍然缺乏有效的协同方法来解决这种特性的权衡。
在《国家科学评论》上发表的一篇新研究文章中，哈尔滨工业大学和东南大学的科学家提出了一种化学键合多层纳米层设计和合成石墨烯/非晶氮化硼气凝胶（a-BNGA），以提高热学和机械性能同时属性。与早期的工作不同，石墨烯框架的两侧均匀沉积有a-BN纳米层，从而形成化学键合的多层纳米层结构。
结果表明，化学键合界面将均匀的 a-BN 护套牢固地锚定在石墨烯骨架上，通过腱状机制发挥作用，保证框架中的载荷传递和协同变形。a-BN纳米层可以增强细胞壁的弹性坚固度。它给出了必要的弯矩分布，实现了耦合增韧效应，提高了结构强度。
由此产生的 a-BNGA 具有超低密度和超高柔韧性（弹性弯曲应变高达 90%，弹性压缩应变高达 99%）和出色的热稳定性（剧烈热冲击后几乎没有强度下降）。科学家们通过气凝胶花在人手中的展开和折叠过程建立了柔性变形能力。
值得注意的是，气凝胶中的 a-BN 纳米层体积超过 20%，具有机械关键性但不具有热活性，这是绝热材料的完美状态。固体传导和辐射共同导致材料在真空中具有明显的导热性。受益于低密度有效传导路径的缺乏和界面额外的声子散射，可以成功保留固体传导。
此外，石墨烯可用作红外吸收剂以最小化辐射热传输。迄今为止，科学家们在真空中通过实验证明了这种气凝胶在独立式固体材料中具有创纪录的低导热率。此外，他们还开发了一个在高真空下运行的月球基地模型，以建立气凝胶在地外探索应用中的隔热能力。
我们实现了无机气凝胶卓越的机械和热性能的结合，并定义了一种坚固的材料系统，可在月球和火星基地、卫星和航天器等极端条件下实现绝热。这种材料和结构设计也可能为无机气凝胶赋予其他独特的功能提供机会。
徐翔教授，哈尔滨工业大学、东南大学
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