近日，北京理工大学材料学院潘也唐联合陕西科技大学、天津大学、清华大学，在轻质多功能气凝胶防护材料领域取得重要研究进展。相关研究成果以 “Gradient Gyroid Aerogels With Programmable Multiscale Pore Architectures and Fibrillated Loss Networks for Electromagnetic, Thermal/Fire, and Mechanical Protection” 为题，在国际顶级材料期刊 《Advanced Materials》上发表。北京理工大学材料学院潘也唐副教授，陕西科技大学黄文欢教授，天津大学吴凡教授，清华大学林涛高级工程师为论文共同通讯作者。

传统气凝胶材料通常依赖单一尺度孔结构调控，难以同时满足实际应用环境下对电磁防护、隔热阻燃以及力学稳定性的综合需求。针对这一挑战，研究团队提出了一种功能网络与多尺度结构协同设计策略，借助冷冻打印技术实现了渐变Gyroid多尺度孔结构气凝胶的制备，并进一步耦合MX@MOF/PPy纤维功能网络，系统揭示了功能网络与不同尺度孔结构对材料综合防护性能的协同调控机制。

研究发现，MX@MOF/PPy纤维功能网络不仅构建了连续的电磁损耗通路，同时促进了致密碳层的形成，为电磁波吸收和阻燃提供了良好的基础。多尺度孔结构则通过优化阻抗匹配、延长电磁波传播路径以及增加热传输阻隔界面，实现了电磁能量耗散与热量传递抑制的协同调控。此外，渐变Gyroid拓扑结构凭借其连续曲面和均匀应力传递特性，有效降低了局部应力集中，进一步提升了气凝胶的力学承载能力。

基于上述结构与功能协同设计，研究团队制备的MX@MOF/PPy纤维/壳聚糖梯度Gyroid气凝胶展现出优异的综合防护性能：最低反射损耗达到-71.5 dB，有效吸收带宽达到 6.26 GHz，同时具备优异的隔热与阻燃性能。此外，该气凝胶在室温下可承受约 4.375 MPa 的压缩应力并表现出优异的热-机械稳定性。该研究为极端环境下轻质、多功能防护材料的设计提供了新的设计思路。

图1 MX@MOF/PPy纤维功能网络制备过程

图2 渐变Gyroid多尺度孔结构气凝胶制备过程

图3 吸波性能及其机理展示

图4 隔热及力学性能展示

图5 阻燃性能展示

全文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74996

附作者简介：

潘也唐，北京理工大学材料学院长聘副教授、博士生导师。2018年于马德里理工大学取得博士学位。依托国家阻燃材料工程技术研究中心，主要从事阻燃高分子材料的研究。相关成果在Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater. 等国际期刊发表论文150余篇，主持国家及省部级科研项目10余项。担任J. Polym. Mater.期刊副主编，Materials、J. Compos. Sci. 期刊编委及多个期刊青年（顾问）编委。

孙秀红，北京理工大学材料学院2024级硕士生，师从潘也唐副教授，主要研究方向为功能高分子与阻燃材料。