可控纳米结构的木质气凝胶进展及应用

张珂齐; 付宗营; 韩申杰; 卢芸

doi:10.7536/PC240715

化学进展 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (6) :903-917 DOI: 10.7536/PC240715

综述与评论

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可控纳米结构的木质气凝胶进展及应用

张珂齐 ¹ ,
付宗营 ¹ ,
韩申杰 ² ,
卢芸 ¹^,^*

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Progress and Applications of Controllable Nanostructured Woody Aerogel

Keqi Zhang ¹ ,
Zongying Fu ¹ ,
Shenjie Han ² ,
Yun Lu ¹^,^*

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摘要

为推动经济社会发展全面绿色转型，绿色节能材料规范的同时也催生了新型材料的发展。面临能源短缺与环境污染的双重危机下，气凝胶材料因其具有低热导率、高强度、低密度和高比表面积等优异的物化性能而被视为当前的研究热点。生物质基天然木材及衍生的木质纤维素作为可再生、可生物降解和可调控表面化学性质的绿色环保材料而被广泛关注。本文首先综述了木质气凝胶的发展历程和分类，然后分别阐述了木质气凝胶的制备方法、结构特点以及性能优势。其次，对木质气凝胶在节能建筑、环境净化和能源储存等领域的应用进行概述。最后，对木质气凝胶当前的研究现状以及当前所面临的问题做出总结与分析，并对该领域未来的发展进行了展望。

Abstract

In order to promote the comprehensive green transformation of economic and social development， the standardization of green energy-saving materials has concurrently fostered the emergence of novel materials. Confronted with the dual crisis of energy scarcity and environmental pollution， aerogels have garnered significant research interest because of their exceptional physicochemical properties， such as low thermal conductivity， high strength， low density and high specific surface area. Biomass-based natural wood and its derived nanocellulose， as renewable， biodegradable， and surface chemistry-tunable eco-friendly materials， have attracted widespread attention. This article first reviews the evolution and classification of woody aerogel， then discusses the preparation methods， structural characteristics， and performance advantages of woody aerogels. Subsequently， it provides an overview of the applications of woody aerogels in energy-efficient construction， environmental purification， and energy storage. Finally， it summarizes and analyzes the current research status and the problems faced by woody aerogels， and looks forward to the future development of this field.

Contents

1 Introduction

2 Research progress of woody aerogel

2.1 Overview of woody aerogel

2.2 Preparation method of woody aerogel

2.3 Structure and properties of woody aerogel

3 Application of woody aerogel

3.1 Building energy efficiency field

3.2 Environmental purification field

3.3 Energy storage field

4 Conclusion and outlook

Graphical abstract

关键词

木材 / 木质纤维素 / 气凝胶 / 孔隙

Key words

wood / lignocellulose / aerogel / porosity

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张珂齐, 付宗营, 韩申杰, 卢芸. 可控纳米结构的木质气凝胶进展及应用[J]. 化学进展, 2025, 37(6): 903-917 DOI:10.7536/PC240715

Keqi Zhang, Zongying Fu, Shenjie Han, Yun Lu. Progress and Applications of Controllable Nanostructured Woody Aerogel[J]. Progress in Chemistry, 2025, 37(6): 903-917 DOI:10.7536/PC240715

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1 引言

碳达峰与碳中和的时代背景下，能源短缺和环境污染已成为全球性的重要问题。随着我国城市化快速发展和人们生活水平与生活环境的提升，保温与制冷所消耗的能源已成为我国能源消耗中的重要组成部分。人们对室内宜人氛围的需求正成为一种必要条件，这也导致能源消耗的逐步增加。据报道，建筑能耗占总能耗的约30%，室内供暖和制冷占建筑能耗的50%左右，约占世界能源消耗的15%；此外，工业发展造成的环境污染也越发严重，改善环境所需要的经费持续增长^[1-2]。实现节能减排与优化环境已成为我国亟需解决的艰巨任务。在过去的几年中，研究者们对木基材料的研究兴趣显著增加。这可能是由于对新兴能源的需求和环境问题的担忧，以及环保意识的提升，促使人们寻求可持续和可生物降解的能源材料，从而来改善环境污染^[3-4]。当下，在实现社会持续发展的同时迫切需要一种新型材料来打破当前的双重危机。

气凝胶作为新一代高效节能保温材料，是由纳米级颗粒或聚合物分子链相互聚集形成的纳米多孔结构，是在孔隙中充满气态分散介质的三维轻质的网状结构固体合成材料。其凭借其优异的性能成为材料领域备受关注的研究热点。气凝胶从第一代的无机气凝胶，到第二代的有机聚合物气凝胶都表现出出色的隔热保温等特点。然而，前两代气凝胶由于其机械性能差、易碎和对环境不太友好，存在一定的局限性，不能有效解决现阶段所面临的问题。随着气凝胶类型的不断演变与研究的不断深入，新一代生物质气凝胶（bio-aerogel）材料兴起并受到广泛关注，其中以木质资源为原料的木质气凝胶材料是生物质气凝胶的一个重要组成部分。近年来，基于对木材多孔结构和纤维素的超分子结构的认识^[5]，开发出了各种具有独特物理性质和广泛应用的木质气凝胶（woody aerogel）材料。木材作为一种多功能绿色可再生材料，其特殊的木状排列通道结构，赋予了木材独特的各向异性和高效的热管理。将木材与衍生木质纤维素经过预处理和物理化学处理后而制成木质气凝胶，其在木材原本的各向异性和多孔结构之上，开发出了更小尺寸的介孔与微孔，是一种由木材为原料制备的木质多孔材料。此外，木质气凝胶克服了传统无机气凝胶的劣势，具有高比表面积、高孔隙率和超低密度等结构特性，表现出优异的隔热吸声、吸附、生物相容性和生物可降解性。使木质气凝胶在节能建筑、环境净化和能源存储等领域拥有广泛的应用前景^[6]。

对木质气凝胶的开发不仅能够促进林木资源的高值化利用还有助于减少对石油基原材料的依赖。此外，还推动了新材料领域的科技进步以及促进纳米技术、生物质复合材料技术的融合发展。气凝胶独特的微纳结构能够有效阻隔热量传递从而减少能源消耗，同时能够满足各领域对节能材料的需求。木质气凝胶不仅对碳达峰和碳中和有着巨大的贡献，而且对国家的可持续发展具有重大意义。本文基于近年来有关木质气凝胶的相关文献，综述了木质气凝胶制备的研究进展及其应用。

2 木质气凝胶的研究进展

2.1 木质气凝胶的概述

早期有关木质气凝胶的研究主要以纤维素基气凝胶为主。19世纪30年代，Kistler^[7]利用纤维素硝酸酯溶液制得了纤维素气凝胶，但是以纯纤维素为原料制备气凝胶的尝试并未取得显著成功。之后，Weatherwax^[8]和Alince等^[9]第一次尝试保存纤维素纸浆膨胀结构制备了比表面积无明显损失的纤维素气凝胶。此后，有关纤维素气凝胶的研究报道陆续增多。在国内的研究中，邱坚^[10]首次将气凝胶概念引入到木材/无机质复合材的制备研究中，通过超临界干燥技术结合溶胶-凝胶法制备新型木材/SiO₂气凝胶复合材。之后，李坚团队从木材天然生物结构出发，对木材细胞壁的微观结构、所含凝胶物质进行分析，将木材的结构和物理性质与气凝胶材料进行对比，首次提出了气凝胶型木材的概念。同时，根据木材细胞壁的超微结构对气凝胶型木材的制备做出了构想^[11-12]。在此基础之上，李坚团队^[13]首创循环冻融工艺与热调控方法，制备了第一块木材全组分的再生木质纤维素气凝胶。在之后的研究中，胡良兵团队分别在《科学》和《自然》等杂志上发表了数篇木质气凝胶相关文章，对木质气凝胶的功能开发和产业化发展做出了巨大贡献。图1显示了木质气凝胶的发展历程。

木质气凝胶主要分为三类：（1）去除部分木质素、半纤维素组分，保留木材框架的木材气凝胶（wood aerogel）；（2）以木质纤维素为原料制备的纳米纤维素气凝胶（nanocellulose aerogel）；（3）将木质纤维素溶解于溶液中，通过再生浴形成再生木质纤维素气凝胶（regenerated lignocellulose aerogel）^[14]，其中纳米纤维素气凝胶和再生木质纤维素气凝胶同属于木质纤维素气凝胶（lignocellulose aerogel）。在对木质气凝胶由浅入深的研究过程中，研究者们对木材的超分子结构、组分作用机制有了明确的认识，其潜能得到了很大程度的发掘。木材主要由三大素组成，包括纤维素、半纤维素和木质素，其主要依靠高分子物质间的非共价键相互作用形成宏观组织，因此木材超分子结构贯穿于木材的多尺度结构中。在木质气凝胶的制备和改性的研究里，木材进行脱木质素处理后，材料表现出高比表面积的微孔和介孔结构，并且纤维素中的羟基官能团的暴露提高了气凝胶改性的概率。与质脆的无机气凝胶相比，木质气凝胶柔性佳、不易碎，在结构塌陷前压缩塑性形变高达80%。木质气凝胶的密度极低，为0.002~0.02 g/cm³；比表面积较高，可达600 m²/g；隔热性能低至0.033 W·m^-1·K^-1，是传统保温材料3~5倍；孔隙率在99%左右，具有有较好的隔声抗震性，能有效吸声降噪与缓冲抗震。

2.2 木质气凝胶的制备方法

木质气凝胶的制备过程主要分为两步，即凝胶的制备和凝胶的干燥，其中凝胶的制备主要包括溶胶-凝胶法（sol-gel）、分子法（molecular approach）和胶体法（colloidal approach）；凝胶的干燥主要有常压干燥（APD）、冷冻干燥（FD）和超临界干燥（SCD）。不同类别的气凝胶所用方法不同，通过控制制备条件和处理参数，可以调控气凝胶的孔径大小、孔隙结构和化学组成，以满足不同应用需求。凝胶的制备与干燥中，干燥技术是气凝胶制备过程中最关键的步骤，目的是除去气凝胶中的液相，使材料从湿态转变到干态。气凝胶的形态在很大程度上取决于干燥的方法，不同的干燥方式所带来的效果不同，各具优势，可根据需求进行制备。

2.2.1 木材气凝胶的制备

木材气凝胶的制备是一种自上而下的合成方法，可以总结为三步（图2a）。第一步通过化学试剂处理木材去除木质素得到去木素木材；第二步去除半纤维素以形成多孔隙木材；第三步通过适合的干燥方法去除木材内部溶剂以获得具有多孔结构的木材气凝胶。

木材气凝胶是指天然木材（轻质、多孔）通过细胞壁膨化、纤维素局部溶解再生、干燥等步骤，制备而成的保留木材各向异性结构的新型气凝胶材料。木材细胞壁膨化是指采用化学或物理手段，脱除天然木材中的木质素和半纤维素等基质，增大纤维素微纤丝之间的距离，在木材细胞壁内形成纳米孔隙结构的过程^[10]。膨化常用化学试剂包括NaOH/Na₂SO₃、NaClO₂/CH₃COOH、低共熔溶剂（deep eutectic solvents，DES）、离子液体（ionic liquid，ILs）等。由于基质的脱除，胞间层和细胞壁出现新的孔隙结构，使比表面积提高、孔隙率增大、密度减小。

在木材气凝胶的制备中，Garemark等^[15]提出的通过利用木材的天然分层和各向异性结构来制备多孔、坚固、各向异性气凝胶的通用方法。通过将轻木浸入含有1wt%亚氯酸钠的溶液中，在pH值为4.6的醋酸盐缓冲液中进行脱木素，处理一定时间后分别与无水乙醇、二甲基乙酰胺（DMAc）进行溶剂交换，之后将样品浸没在含有8wt%LiCl的DMAc/LiCl溶剂中浸泡，随后引入丙酮再生浴中，最后进行冷冻干燥以产生木材气凝胶。据报道，DMAc/LiCl以及二甲基亚砜（DMSO）和ILs溶剂体系具有提取细胞壁成分的能力^[16-17]，主要是通过溶解纤维素，然后纤维素扩散到位于管腔中的溶液中。在这个提取过程中，天然纤维素中的分子间相互作用被破坏，当加入反溶剂（丙酮）时，分子间氢键重新形成，溶解的纤维素链凝固，在管腔中原位形成纳米纤维结构。Wang^[18]通过将木材浸入到500 mL、2.5 wt%、pH=4.6的NaClO₂水溶液中。在80 ℃下浸泡10 h。接下来，将所得木块转移到NaOH和Na₂SO₃的混合溶液中，在100 ℃下放置12 h。冷却至室温后，用去离子水彻底冲洗得到的样品。最后将其冷冻干燥12 h得到脱木质素和半纤维素的木材气凝胶。

2.2.2 纳米纤维素气凝胶制备

纳米纤维素气凝胶的制备是一个自下而上的过程，主要分为三个步骤（图2b）。第一步在液体（水或有机介质）中制备分散形式的纤维素/纳米纤维素，第二步对分散系进行塑型，第三步通过溶胶-凝胶工艺形成纤维素凝胶，第四步通过特殊干燥方式去除溶剂，以保持其三维多孔结构。

纳米纤维素纤维的直径小于100 nm，可以通过机械或化学方法从纯纤维素中分离出来。根据分离方法不同，纳米纤维素可分为两类：（1）纤维素纳米晶体（CNC）或纤维素晶须；（2）纤维素纳米纤维（CNF），也被称为纳米纤维化纤维素（NFC）。纳米纤维素气凝胶则是指直径为2~100 nm，长度为数百纳米或微米的纳米纤维素作为材料基础，通过溶剂法、机械分散法等进行溶解和分散后交联形成水凝胶，再干燥得到纳米纤维素气凝胶。此外，纳米纤维素固体颗粒还可以作为乳化剂/稳定剂，通过超声或高压均质等方法制备纳米纤维素Pickering乳液，再干燥得到纳米纤维素气凝胶泡沫。纤维素的分散是形成纤维素凝胶的关键技术。在获得纤维素分散系时，由于纤维素难溶于水，因此在水相中纤维素与氧化剂的反应通常为非均相反应，主要发生在纤维素非结晶区或结晶区表面，纤维素葡萄糖单元中的C2、C3或C6位的羟基被氧化为醛基或进一步氧化为羧基。当纤维素中的羟基被氧化生成大量羧基时，羧基电离使其分子链间静电斥力增强，从而促进纤维素分散。在常见的氧化体系中，四甲基哌啶氧化物（TEMPO）介质体系可以选择性氧化纤维素C6位羟基，具有反应条件较温和、操作简便和氧化效率高的特点。TEMPO/NaBr/NaClO体系是一种常见的TEMPO介质体系，是现阶段比较适用的一种方案。Ye等^[19]将TEMPO 氧化法与超声处理相结合，利用超声波产生的声化学效应，在极短时间内产生局部高温和高压，可以有效提高化学试剂对纤维素纤维的渗透，以形成分散系。另外，要获得稳定的Pickering体系时，必须满足一个先决条件就是纳米纤维素颗粒的表面应该被水和油部分润湿，以作为乳化剂进行界面组装，形成稳定的Pickering乳液^[20]。Miao等^[21]通过机械处理将木浆纤维变为少量碎片和纤维素细丝（cellulose fibers，CF）。CF可以稳定水中油中相和高内相Pickering乳液，其中纤维碎片的存在通过防止CF原纤维形成高度缠结的结构，在液滴之间形成致密的三位网络结构，在乳液稳定中起着关键作用。对纤维素分散系的塑形目前所利用的方法较多，其中主要包括模具塑形和3D打印等，通过特定的方法可以制定各种形状的凝胶。凝胶作为一种充分稀释的交联系统，传统制备方法是溶胶-凝胶法，是在液相下将原料混合均匀，并进行水解、缩合等化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系。溶胶经陈化后，胶粒间缓慢聚合，形成具有三维网络结构的凝胶，凝胶网络间充满失去流动性的溶剂，凝胶经过干燥后形成具有分子乃至纳米亚结构的材料。

在纳米纤维素气凝胶的制备中，Sivaraman等^[22]结合不同长度尺度的纤维素纤维通过TEMPO氧化与均质化处理得到纳米纤维素分散液，经过3D打印进行塑形，然后对使用CaCl₂溶液对水凝胶进行诱导凝胶化、溶剂交换和超临界CO₂干燥获得了纯纤维素气凝胶。Cai等^[23]从木材中分离出来的纤维素纳米晶体以制备CNC悬浮液，然后将CNC悬浮液在超声下处理30 min，加入NH₄OH进一步凝胶化后倒入自制模具。之后，通过液氮进行单向冷冻并干燥制备了纳米纤维素气凝胶。此外，Li等^[24]先制备了一定浓度的以聚合物为油相的二氯己烷（DCE）溶液，然后将一定浓度的CNF水分散体作为水相与油相混合，通过使用超声破碎仪乳化上述混合物，获得由CNF稳定的油/水Pickering乳液，CNF稳定的乳液在静置24 h后形成凝胶。随后，使用真空冷冻干燥设备干燥Pickering乳液凝胶以获得CNF/聚合物复合气凝胶泡沫。

2.2.3 再生木质纤维素气凝胶的制备

再生木质纤维素气凝胶和纳米纤维素气凝胶的制备都是自下而上的过程，其主要区别在于纤维素溶解后再生，使纤维素Ⅰ型转变为纤维素Ⅱ型。主要有4个步骤：第一步将木质纤维素溶解后于再生浴再生，第二步进行塑形与凝胶化，第三步溶剂置换，第四步对水凝胶进行干燥制备得到气凝胶^[25]。

纤维素溶解是制备再生纤维素气凝胶的先决条件。由于纤维素中存在高度有序的结晶区，各分子链间连接的氢键网络使纤维素不溶于一般的极性/非极性溶剂。因此，纤维素溶剂必须消除氢键网络和疏水相互作用。再生纤维气凝胶近年来发展迅速，随着对纤维素溶剂研究的深入，如何选择制备条件（如纤维素溶剂、再生纤维素溶液和温度等），控制其多孔结构是人们不断探索的问题。目前已经开发了一系列纤维素溶剂体系，如碱溶液（NaOH、LiOH）体系、氯化锂（LiCl）/DMSO或DMAc、ILs、DES和有机碱水溶液等。Zhang等^[26-27]研究出一系列纤维素新溶剂，三组分的氢氧化钠/硫脲/水、氢氧化钠/尿素/水和四组分的氢氧化钠/硫脲/尿素/水溶剂体系。利用该方法使纤维素的溶解得到很大程度的提升，并且成功使用纤维素溶液制备了再生纤维素薄膜。另外，早在2010年就有研究者总结了离子液体对纤维素的有效溶解，指出离子液体是充当电子给予体和接受体，与纤维素形成了络合结构并提高了分子的反应性，削减了纤维素间的强氢键作用，从而达到对纤维素的高效的溶解^[28]。纤维素溶剂的发展推动了再生木质纤维素气凝胶的制备与研究。

制备条件和工艺会影响再生木质纤维素气凝胶的形貌和孔结构。Lu等^[29]以1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物（AMImCl）为离子液体，通过循环液氮冻融（NFT）处理工艺，由硬木制备了具有高比表面积（80 m²·g^-1）和均质介孔的再生纤维素气凝胶，气凝胶孔径分布还可以通过控制NFT处理周期从30 nm调节到10 nm。Li等^[30]采用DES和N-甲基吗啉组成的新型共溶剂（NMMO·H₂O），通过溶解木浆后再生与冷冻干燥，成功制备了一种由丝状天然纤维素微纤丝和层状再生纤维素组成的低密度（8~10 mg·cm^-3）、高比表面积的新型气凝胶。Ebrahimi等^[31]将纤维素溶解于NaOH/尿素的水溶液中，溶剂保存在-18 ℃环境中过夜，通过剧烈机械搅拌使纤维素完全溶解。将所得溶液倒入再生凝固浴硫酸水溶液中进行纤维素纤维再生，最后采用常压干燥制备了超轻质的纤维素气凝胶。再生纤维素气凝胶具有出色的柔韧性和轻量级特性，并具有更大的平均孔径，其孔隙特性与它们的制备参数密切相关^[32]。另一方面，由于再生纤维素气凝胶的生产工艺简单、低成本而得到了广泛的研究和应用。

2.3 木质气凝胶的结构和性能

2.3.1 多尺度孔隙结构

木材的天然孔隙可分为宏观、介观、微观孔隙，由图3a的SEM图像可以观察到天然木材的多孔结构。形态各异的木材分级多孔结构为仿生制备新型材料提供了不需加工修饰处理的天然模板。木材气凝胶不仅继承了原木材的宏观孔隙中的导管、穿孔等，同时拥有胞壁中的纳米量级（1~100 nm）孔隙。如图3b的SEM图像所示，当木质素被去除后，细胞壁层部分分层，并在之前富含木质素的中间板层中产生纳米级孔隙。另外，脱木质素木材的中间片层完全溶解，导致木细胞分离，由于存在垂直于木纤维的木材射线，在化学处理过程中，木材气凝胶的层次结构会受到保护，部分溶解的细胞壁会在反溶剂的作用下于管腔内生成再生纤维素，形成均匀的网络填充管腔空间（图3c）。图3d 的X射线图像所示，天然木材和脱木素木材显示长纤维和空腔，木材气凝胶显示出完整的长纤维，同时腔内有明显的纤维网络迹象。不同于木材气凝胶的是纤维素气凝胶则充分继承了分子链断面数量级的微观孔隙，如纤维素分子链的断面数量级的孔隙。轻质多孔纤维素气凝胶的重量（m，mg）除以体积密度（ρ）通常在1~100（mm^-3）之间波动，气凝胶的孔隙率P（ρ_n为纤维素密度）可以计算，如式（1）。

（1）

p (%) = 1 - ρ ρ n × 100

木质气凝胶的孔隙调控极为重要，可以通过控制前驱体溶液浓度和冻干条件，引入交联剂或者其他类型的纳米粒子、聚合物以创建复合气凝胶。这不仅可以对孔隙的大小、形态和分布进行调控，还增加了材料的性能，也可能产生新的孔隙特征，如有序或无序孔隙结构。Gong等^[35]将交联剂（苯乙烯丙烯酸，SAE）添加到TEMPO氧化的CNF中，通过控制前驱体（CNF、CNC）和交联剂的浓度以及严格的冻干条件，研究了纤维素气凝胶孔隙结构的调控过程，简单地制备了纤维素气凝胶。最终制备的纤维素气凝胶，比表面积高达184 m²/g，孔隙率高达99%。Yang等^[36]利用改性的聚乙烯醇（PVA）预聚物和纳米纤维素丰富的羟基进行交联，通过在纳米纤维素和PVA分子间建立各种氢键，形成稳定的3D网络。所得的纳米纤维素气凝胶具有99%的高孔隙率。不仅如此，木质气凝胶多尺度孔隙结构对于决定气凝胶在隔热、吸声、吸附和储能等领域的性能都至关重要，它们还依赖于气凝胶骨架的形式。Chen等^[37]将生物质气凝胶孔隙结构总结为两大类：1）无序孔隙结构，主要分为随机孔隙孔结构和分级孔隙结构；2）有序孔隙结构，主要有蜂窝结构、层状结构、径向和垂直对齐的结构和自然定向通道结构等。同时还强调了气凝胶的微观结构是连接分子信息和宏观性质的重要桥梁，在继承甚至放大分子尺度的功能和性质方面发挥着作用。气凝胶通过将各组分排列成有序或无序的结构，以表现出特定的功能，进一步实现材料的功能化应用。所以，提高木质气凝胶的性能以及扩大其应用范围，在很大程度上取决于材料化学成分和多维孔隙结构的调控与设计。

2.3.2 隔热性能

天然木材由于其本身的多孔结构具有一定的隔热性能，但其中的孔隙多为大孔，仅有少量的微介孔，且孔隙率较低，不能够完全抑制气体流动。通过对木材进行脱木素等化学处理，对其内部孔隙进行调控以制备具有更多的介孔与微孔结构的木材气凝胶（木质纤维素气凝胶且具有低体积密度和纳米网络结构）。木质气凝胶的导热系数低至0.033 W·m^-1·k^-1，相比于市面上的聚苯乙烯泡沫塑料、岩棉等保温材料（0.12 W·m^-1·k^-1）低了一个数量级，具有良好的隔热性能。Sun等^[34]通过简单的化学处理来制备具有排列纤维素纤维的轻质、各向异性的木质气凝胶。木质素和半纤维素的去除优化了天然木材的结构，包括中间层的消失和纤维素非晶区和半纤维素的降解。多层结构和微孔的协同效应使木材气凝胶的导热系数从天然木材的0.113 W·m^-1·k^-1降低到木材气凝胶的0.033 W·m^-1·k^-1。此外，气凝胶的导热系数取决于固体材料和气相中的导热系数和热辐射之和^[38]，当其孔径接近气体的平均自由程时，由于克努森效应，气体的热导会减少。这是由于孔洞限制了气体的运动，而且还使气体不能产生对流的缘故（图4a，b）；当孔径小于70 nm，可以抑制气体导热，气体辐射导热系数较差，因为空气不可能通过这样的孔隙循环。所以木质气凝胶的多孔结构和纳米级孔径大小赋予了材料优异的隔热保温性能（图4c）。

另外，由于木质材料由于木质素的存在，木质素在吸热之后会发出近红外光，而近红外光很容易被周围空气中的分子吸收，空气获得热量后使周围环境温度升高。所以，木质材料在去除绝大部分木质素后，纤维素大量存在的醚键（C—O—C）的吸收振动峰（1040 cm^-1）恰好处于大气窗口（8~13 µm）范围，官能团的伸缩震动对指纹区具有强吸收和高发射率。同时纤维素气凝胶本身的轻质白色与多孔结构有助于对太阳光的全内反射与散射，最终使纤维素充当光子太阳能的热发射器和反射器，具有较大的辐射制冷潜力。Tian等^[39]将辐射制冷性能与自身孔隙结构相结合，制备得到低导热系数和高隔热性能的纤维素复合材料，在太阳光辐射为834 W·m^-2时，可以降温5 ℃；在671 W·m^-2时，日间净制冷功率为104 W·m^-2。

2.3.3 吸声性能

材料的吸声性能主要取决于其表面结构和内部孔隙的特征，天然木材虽然孔隙丰富，但由于表面坚硬致密，连续孔隙数量少，吸声性能不太理想。木质气凝胶则是在木材的基础上具有更高的孔隙率，表面孔隙也更加丰富，极大程度地赋予了材料吸声性能。由图5a可以发现，当声音在木材与木材气凝胶内传播时，气凝胶表现出更剧烈的功率耗散。这是因为当声波传播时，通过去除木质素和半纤维素所产生的木材细胞壁之间的孔隙，大量孔隙提供增加声波在材料内部的行程，导致声能逐渐衰减。此外，声波会在孔壁间反复反射与摩擦（图5b），最后将入射波能量耗散成热能而消失。对比天然木材，木材气凝胶表现出更大的吸声系数，具有更加优异的吸声性能（图5c）。相对于木材气凝胶，木质纤维素气凝胶则表现出更高的孔隙率，同样具有更好的吸声性能，Li等^[41]将MIL-53（Al）纳米颗粒通过羧甲基化纳米纤维素桥接结合到木质纤维素纳米纤维气凝胶中，纳米颗粒提供了丰富的微孔，并以某种方式阻止了纤维间分子内氢键的形成，从而增加了孔结构的复杂性。气凝胶在1600~6300 Hz的高频范围内表现出优异的吸声系数（~0.9）。

此外，由于纳米纤维素表现出的可加工性更加有利于气凝胶内部孔隙结构的调控，使材料的吸声吸波可以得到更深的挖掘。Zong等^[42]通过分步定向冷冻铸造技术，成功构建了具有纤维素纳米网络的梯度结构的复合气凝胶，在声波传播方向上具有“大孔-中孔-小孔”的梯度结构和垂直于声波方向的双纳米纤维网络。梯度孔结构和双纳米纤维网络的结合有效地提高了气凝胶的声波接触面积和传播路径，极大程度增大了声波在气凝胶中的耗散。两种耗散机制的协同作用使气凝胶具有轻质和优越的吸声性能，所得轻质梯度气凝胶的降噪系数达到0.58，可使空压机低频噪声降低23.1 dB。

2.3.4 吸附性能

木质气凝胶具有多孔结构、高比表面积，对水、油、有机溶剂和离子等具有较高的吸附性，它的吸附能力比天然吸附剂（活性炭）高一个数量级，是商用聚丙烯吸附剂的几倍之多。木质气凝胶孔隙结构的一个关键因素，是其独特的开放性和互联性，在这个开放的系统中，一种气体或液体可以很容易地从一个孔流动到另一个孔，并最终填满整个材料。依赖于毛细管效应、范德华力和疏水作用以及气凝胶的密度和形态特征，如表面润湿性、总孔隙体积和孔隙结构。因此，木质气凝胶的多孔结构和高比表面积对水、有机溶剂和其他物质具有较高的吸附性^[43]。木质气凝胶还能通过添加有机无机原料或使用特定的交联剂以形成更高比表面积的木质复合气凝胶，以表现出更好的吸附性能。Zhao等^[44]通过双交联法制备了纳米纤维复合气凝胶用于吸收水中的双酚A（BPA）有机化合物，气凝胶的比表面积高达2203 m²·g^-1，具有高效的吸附能力，可以在10 s内去除水中初始存在的77.7%的BPA分子，吸附速率高达532.2 mg·g^-1·min^-1，去除效率达到97.0%。Jing等^[45]制备的高度可压缩的各向异性纤维素/石墨烯气凝胶（MCGA），其表现出超疏水性（WCA=150.3°）。MCGA对各种油类和化学溶剂表现出了显著的吸油能力，为其重量的80~197倍，超过了大多数碳基气凝胶。此外，MCGA高回复性能有助于吸油后的快速高效回收，通过简单的机械挤压，约85%的吸油量可以回收。同时在利用10个周期后，通过蒸馏降低吸油能力不到3%，通过机械挤压降低吸油能力不到10%。另外，在对离子吸附的研究中，Cao^[46]通过对木材进行脱木素后再进行TEMPO氧化处理，制备出具有丰富孔隙结构和高比表面积的木材气凝胶，其对铜离子的吸附容量可以达到115 mg/g，在重复使用多次后其吸附效果也只降低10%左右。

2.3.5 力学性能

传统无机气凝胶，由于其本身质脆、抗压屈服强度低等问题，极大程度地限制了其生产规模和实际应用。木质气凝胶中，木材气凝胶由于继承了的木材原纤维所具有的单向分布的管束状结构特征，所以表现出较好的力学性能。之前报道的木材气凝胶的屈服强度能达到5 MPa，杨氏模量可以达到154 MPa左右^[17]。木质纤维素气凝胶的力学性能同样可以表现很出色，Wang等^[47]基于Hofmeister效应构筑了多尺度结构的纳米纤维素摩擦电气凝胶。气凝胶展现出超高刚度，杨氏模量高达142.9 MPa。此外，纳米纤维素气凝胶的力学强度在一定范围内会随着纳米纤维素含量的增加而有所提升，这是因为浓度的增加细胞壁力学强度会增加，其结构会更稳定、更密集。在相同的质量分数下，气凝胶纤维取向也是气凝胶力学性能表现的一个重要的参数，取向因子大其拉伸强度与韧性等机械性能会更好。Liu等^[48]证实纳米多孔气凝胶纤维的拉伸强度和应变都随着纤维素质量分数的增加而显著增加；另外，相同质量分数的凝胶纤维通过超临界干燥所得到的气凝胶纤维的取向最好，所表现出的力学性能最好。木质气凝胶可以通过添加无机和有机原料以形成木质复合材料，以表现出更好的力学性能。Pan等^[49-50]采用有机与无机混合等方法制备了具有优异弹性、抗疲劳二氧化硅/木材气凝胶，所得的木材气凝胶可以在压缩量为40%的条件下，表现出200 kPa的压缩应力；在300次疲劳试验后，高度保持率可保持在92.8%，具有较好的抗疲劳性能。Duchemin等^[51]将微晶纤维素（MCC）融入含有8%LiCl的LiCl/DMAc溶液中，在MCC的溶解过程中，大的MCC晶体和纤维片段逐步分解为小的晶体和片段，分解程度影响气凝胶的力学性能，纤维素结晶含量越高，抗弯强度和刚性越好。实验控制纤维素质量分数为5%~20%，所得气凝胶密度相应为0.16~0.35g/cm³，抗弯强度和刚度分别可以达到8.1 MPa和280 MPa。

2.3.6 其他性能

木质气凝胶除了具备上述性能外，在实际应用场景下对阻燃性和疏水性也有一定要求。为了满足严格的安全要求和实际应用场景，同时不影响材料的热稳定性和机械稳性能，可以通过特定的处理方法对其进行功能化改性，赋予材料更加显著的阻燃疏水性能，使木质气凝胶成为国内建筑有效隔热器和环境净化器的竞争候选材料。

近年来发展起来的高分子阻燃新方法（主要包括有机-无机杂化阻燃、纳米协同阻燃、原位增强阻燃、可控碳化阻燃）、生物基阻燃剂阻燃为代表的添加型阻燃新方法，以及以等离子体/紫外辅助处理、溶胶-凝胶、仿生涂层为代表的表面处理阻燃新方法^[52]。Gan等^[53]将木材致密化处理后与六方氮化硼（h-BN）纳米片的各向异性导热阻燃涂层相结合，开发了一种坚固的耐火木材结构材料。其中，BN涂层产生的热管理特性提供了快速地平面内热扩散，减缓了材料通过致密木材的热传导，从而提高了材料的点火性能。材料点火温度（T_ign）提高了41 ℃，点火延迟时间（t_ign）增加了两倍，BN致密木材的最大热释放速率（HRR）降低了25%。Farooq等^[54]以碳酸氢钠为阻燃剂，成功制备了阻燃、隔热的CNF气凝胶，有效提高了的阻火性。阻燃气凝胶的最小燃烧速度为0.20 cm·s^-1，明显低于纯CNF气凝胶燃烧速度。另外，He等^[55]采用冷冻干燥法制备了聚乙烯醇/纤维素纳米纤维杂化气凝胶。采用0.8 wt%的微胶囊聚磷酸铵（MCAPP）作为阻燃剂，所制备的气凝胶具有出色的隔热能力和优异的机械性能。对木质气凝胶进行阻燃改性后，在其原有的特性之上发展成为一种安全且节能建筑的结构材料。

此外，提高木质气凝胶疏水性能的方法主要是通过酯化、醚化或接枝共聚等化学反应，将亲水性羟基转化为酯基、醚基或其他疏水性基团。通过改变纤维素的表面结构和形态来提高其对油水分离的选择性。或者使用化学气相沉积法、溶液浸涂法、酸水解硅烷等方法以制备出具有粗糙结构的疏水表面^[56-57]。Nguyen等^[58]用甲基三甲氧基硅烷（MTMS）对该材料进行了功能化处理，以提高其疏水性和亲油性。硅烷化改性处理后的纤维素气凝胶水接触角分别为143°和145°。Benito-González等^[59]通过简单的冷冻干燥和浸涂方法，利用纤维素与聚乳酸制备了疏水气凝胶吸附垫。其中，聚乳酸的掺入使气凝胶疏水化，接触角为95°~130°，并且与水相比（2.8~6.7 g/g）更能选择性地吸附油（5.9~9.2 g/g）。Korhonen等^[60]通过真空冷冻干燥在纳米纤维素气凝胶框架上均匀附着7 nm厚度的疏水亲油二氧化钛层，成功得到了具有核壳结构的疏水木质气凝胶材料。对于疏水改性后的气凝胶可以有效分离油水混合物，以及吸附水污染物，可作为一种良好的吸附分离材料应用于环境改善中。

3 木质气凝胶的应用

木质气凝胶作为一种超轻的三维多孔材料被广泛应用在建筑节能、环境净化和能源存储等领域中。不仅可以用于墙体的隔热保温板、吸声与电磁屏蔽墙、节能玻璃，还可以通过改性等手段作为吸附材料用于油水分离和海水淡化；此外，也可以通过复合导电材料和炭化等处理用作电极材料应用于能源存储等。

3.1 建筑节能领域

3.1.1 辐射冷却板

木质气凝胶在当前新兴的被动式日间辐射冷却（PDRC）技术中表现出高效的制冷效果，可以通过同时反射阳光和通过大气透明窗向寒冷的外太空辐射大量的热量，在阳光直射下实现亚环境冷却效果，在无需任何能耗的情况下实现室内良好的氛围，以减少空调改善室内环境所带来的能源消耗。Li等^[68]通过完全脱木质素，然后进行机械压制致密化处理，使木材成为具有日间亚环境冷却效果的结构材料，将这种“辐射制冷材料”用作建筑所需屋顶与墙面等（图6a），可以使室内温度降低10 ℃左右，通过理论计算得到16 W·m^-2的日间净冷却功率。此外，为了提高纤维素辐射制冷气凝胶对太阳光的高效反射和户外稳定性，可以通过设计气凝胶表面的微纳结构，结合自身多孔结构的协同效应以实现对太阳光的全内反射和疏水性。Cai等^[69]采用定向冷冻干燥技术和热压成型工艺构建一种具有微纳结构的辐射制冷气凝胶膜材料，优化了其太阳光反射率、红外发射率以及表面润湿性，最终实现6.9 ℃的日间辐射制冷功效。同时，材料表面多维度微纳结构和交联形成的化学键赋予材料优异的疏水特性。此外，Cai等^[70]开发了一种可持续的纤维素纳米晶体气凝胶，其可设计的超表面中规则管和不规则沟壑作为光栅，实现了太阳光的衍射和宽带反射，能有效地实现高效的辐射冷却。气凝胶具有超高的太阳反射率（97.4%）、较高的红外发射率（94%）和抗环境老化功能。在阳光直射下，亚环境温度下降为10.5 ℃，即使在6个月后仍达到约9.4 ℃，每年可以节省全球47%的冷却能耗。

3.1.2 保温板

在过去的几年里，建筑所用的热绝缘材料虽然在有效保温方面已经取得了显著进展，但依然面临着诸多挑战。其中，材料的难降解性对环境造成了显著的负面影响，此外，其耐久性也需要进一步提升。当前，基于木质热绝缘气凝胶材料已经被广泛用于保温板的生产中，对于降低能耗和维持室内的最佳氛围起着重要的作用。Zhao等^[40]利用NaOH脱除泡桐的木质素，常温干燥得到绝缘木产品，通过密封和抽真空绝缘木中的空气，形成高度绝缘的真空绝热板，使热导率低至0.01 W/（m·K）。该工作展示了一种低成本可持续的、可扩展的保温材料，可以减少热量与声音传递以提高住宅的舒适度，提供巨大的潜在能源效益。另外，其环境干燥方式为木质气凝胶材料在产业化的道路上打下了基础。Chen等^[61]通过从天然木材中去除大部分半纤维素和木质素，然后将聚酰亚胺使用“原位凝胶”工艺快速浸渍而制成木材/聚酰亚胺复合气凝胶。将聚酰亚胺引入脱木素木材后，其机械性能显著提高，抗压性提高了5倍以上。值得注意的是，所开发的复合材料的导热系数为0.034 W/（m·K）。此外，该复合材料还表现出优异的阻燃性、疏水性和机械性能，良好的性能适用于商业可持续型保温板（图6b）的应用。

3.1.3 玻璃

在建筑领域中，玻璃由于其通透感很好、无污染、时尚性强、应用广泛和成本低廉而被广泛应用于建筑行业。但为了提供舒适的室内环境同时能有效降低室内加热与制冷所消耗的能源却很难通过传统玻璃材料来实现。现阶段人们通过将玻璃内层实现真空条件来降低材料的热导率，以达到室内的舒适温度。但这种方式所带来的成本过大，所以很难广泛应用。基于以上挑战，Abraham等^[71]制备了应用于玻璃组件的高透明硅化纤维素气凝胶。这种气凝胶的可见光透光率为97%~99%，雾度约为1%，热导率低于静止空气（0.020 W/（m·K））。将这种纤维素气凝胶用作玻璃隔层和填料的设计，可以有效改善前面所提到的问题。另外，木材还可通过浸污渍处理以实现“气凝胶型的木材玻璃”，在达到玻璃类似效果的同时还具有良好的隔热保温性能。Zhang等^[72]通过过滤诱导的分层凝胶和环境干燥策略成功地制造了一种高度多孔透明且机械柔韧的透明木质气凝胶（DAF），其表现出91.0%的高可见光透过率以及在大气透明窗口内具有90.1%的高选择性发射率，同时还表现出显著的疏水性和耐久性。通过作为太阳能热调节节能窗，DAF不仅提供有效的室内照明，还有助于室内辐射温度调节。另外，木材还可通过浸渍处理以实现“气凝胶型的木材玻璃”，在达到玻璃类似效果的同时还具有良好的隔热保温性能。木质气凝胶型玻璃与传统玻璃相比具有更好的保温性能以及更低的成本，可以极大程度的代替玻璃应用于窗户（图6c）等，是未来建材市场更好的选择。

3.1.4 吸声与电磁屏蔽墙

随着科学的进步人们所处的生活环境也在逐渐出现一些干扰，如噪音污染和电磁污染。木质气凝胶材料可以在实现良好的隔热保温效果的同时还具备着其他特性，如良好的吸声隔音与电磁屏蔽等功能（图6d）。Zhao等^[40]所制备的仅10 mm厚的木材气凝胶在250~1250 Hz的频率范围内，具有较大的吸声系数，随着频率增加到2500 Hz，该系数急剧增加到约0.75。Zong等^[42]制备的具有纤维素纳米网的纤维素复合气凝胶。其降噪系数（NRC）高达0.58。不仅可以将空气压缩机的低频噪声降低23.1 dB，同时具有良好的机械性能和长期稳定性。Huang等^[73]通过控制氢氧化钠/尿素溶液中纤维素的浓度，将支架结构从纳米纤维网络设计到纳米片网络。所获得的导电碳纳米管/纤维素气凝胶是首次被报道为电磁干扰等屏蔽材料，其电磁干扰（EMI）屏蔽效率为20.8 dB，相应的特定EMI屏蔽效率高达219 dB cm³·g^-1在8.2~12.4 GHz的微波频率范围内。Shen等^[74]制备了具有磁-介电协同与多层结构的MoS₂@Gd₂O₃/Mxene多孔复合碳气凝胶，其表现出优异的电磁波吸收性能，仅1.9 mm的超薄厚度下，最小反射损失可达到57.5 dB，并具有4.35 GHz的有效吸收带宽。木质气凝胶因其加工简便、性能优异和可持续的特点，有望取代市售建筑用吸声材料以及作为抗电磁辐射的轻型屏蔽材料，在交通和工业降噪领域和航空航天领域拥有巨大的应用潜力。

3.2 环境净化领域

3.2.1 油水分离

近年来，频繁发生的漏油事故和工业排放重金属污水对生态环境和人类健康存在着严重的威胁。传统的吸附剂材料存在可重复性差、选择性吸附能力不足、缺乏生物降解性等缺点。木质气凝胶的多孔结构、高比表面积和低密度等特性，通过对其表面改性，即烷硅化处理和使用特定的交联剂，赋予其疏水性和优良的吸附性能，对水、油和有机溶剂具有较高的选择吸附性。油和水的分离是通过在气凝胶上创建一个亲水或亲油的粗糙表面来实现（图7a）。Huang等^[33]制备了一种涂有质子化纳米复合壳聚糖涂层的超亲水木材气凝胶，以增强水的亲和性并防止黏性油的黏附。所制备的气凝胶对高黏度原油和水的分离效率高达 99.90%。它的水下油接触角超过160°，具有防油污和自清洁性能。Peng等^[77]通过混合纤维素和壳聚糖溶液制备了一种超亲水性纤维素气凝胶。在制备过程中，壳聚糖会在气凝胶表面自组装成直径数微米的颗粒，纤维素的氢键网络结构被破坏会暴露出更多的亲水基团（—OH），将气凝浸入水中后，其粗糙的表面形成了一层薄薄的水膜，使其在水下具有超疏油的能力。此外，Gao等^[78]采用聚多巴胺（PDA）作为纳米纤维化纤维素（NFC）支架与十八烷基胺之间的锚点，利用其黏附特性将PDA涂覆在NFC支架上。所得的纤维素复合气凝胶具有152.5°的高接触角，可从水相中收集油和多种有机溶剂，最大吸收容量可达176 g/g，有望成为处理石油和溶剂泄漏的分离材料。

3.2.2 海水淡化

此外，淡水资源短缺一直是困扰限制当今世界可持续发展的主要因素，木质气凝胶继承天然木材纤维定向排列的结构特点，可开发为一种界面太阳能蒸发器用于从海水或者污水中获取清洁水（图7b）。Chao等^[79]制备了一种能够定向高效收集海水且可弯折卷曲的木材衍生天然气凝胶材料，其表面修饰光热涂层后能够高效地进行光热转换激发的海水蒸发。将这种材料设计成一种“非直接接触式”的悬挂式太阳能海水蒸发器件，将可弯折的气凝胶材料做成了“连接桥”式的结构，能够在自然光强度（1 kW·m^-2）下实现1.351 kg·m^-2·h^-1的蒸发速率，同时光热转换利用率高达90.89%，相较于传统的“紧密接触”式太阳能蒸发，极大地提升了光能利用率。另外，Wu等^[80]制备了一种岛状结构的木质气凝胶太阳能蒸发器，其最大蒸发速率达到3.14 kgm^-2·h^-1。海水净化前后中K⁺、Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺离子的浓度显著降低，还能够有效去除水中的染料和有机物。各项研究都标志着木质气凝胶材料在油水分离、海水淡化等环境改善中具有良好的应用前景。

3.3 能源存储领域

3.3.1 可穿戴设备

新一代可穿戴电子产品在生物医学、个人健康监测等领域的快速发展，使气凝胶材料的应用进一步得到开发。基于纤维素气凝胶中多孔网络的纳米级和连接性质，高比表面积提供的大量可接触位点；以及良好的生物相容性、超轻量级与功能可调性，是可穿戴摩擦电材料和传感器的理想选择（图8a）^[81-82]。Liu等^[47]利用ILs辅助纺丝制备了韧性优异的纤维素气凝胶纤维，在智能穿戴设备领域就显示出了非凡的应用潜力。Zhao等^[83]制备了一种具有超高强度和多尺度结构的摩擦电气凝胶膜。“不利的”自加速效应帮助聚合物分子链之间形成多重氢键并快速出现凝胶化，迅速匹配的双氢键诱导纤维素纳米纤维与聚苯胺超分子在纳米空间内自组装出具有多尺度缠绕的凝胶结构，同时结合树叶仿生的增强机制，此气凝胶膜的拉伸强度提高至惊人的104 MPa。基于该气凝胶膜所构筑的可穿戴摩擦电传感器显示出良好的鲁棒性和超快的响应性（48 ms）。此外，Nie等^[84]还报道了一种多功能性的纤维素摩擦电材料，实现了高湿度环境下稳定的自供电传感，利用纤维素摩擦电材料构建了一种具有疏水与抗湿性能的摩擦纳米发电机，可作为高湿环境下收集生物能源的一种自供电传感器。

3.3.2 电极材料

近年来，利用木材与木质纤维素等可再生生物质资源作为原料制备电极材料（图8b）引起了的极大兴趣。木质气凝胶可以通过复合导电材料达到功能化的目的。Lyu等^[85]采用CNF和羧基单壁碳纳米管（SWCNT）插入到过渡金属碳氮化物（MXene），通过超临界干燥得到纤维素复合气凝胶。CNF赋予气凝胶高比表面积（301.03 m²·g^-1）以及良好的电解质渗透性和温和的机械柔韧性，电极的比容量可以达到746.68 mF·cm^-2。Xu等^[86]通过简单的双向冷冻，设计和制备了具有超轻和优异机械强度的多功能导电CNF/CNT/MXene复合气凝胶，其中丰富的定向孔隙结构不仅有效传递了应力，而且有助于电子和离子的运输。复合气凝胶作为应变传感器电极，具有高达817.3 kPa⁻¹的线性灵敏度，在人体运动和生理监测方面具有广阔的应用前景。此外，复合气凝胶可用于固态可压缩超级电容器，并表现出显著的电化学性能，包括高比电容（849.2 mF·cm^-²），优异的循环稳定性（10 000次循环后电容保留率为88%）和良好的机械灵活性。木质气凝胶可在氮气或氩气的高温环境中炭化，以获得碳气凝胶。Pang等^[87]提出一种方便的脱木素方法用于将天然轻木转化为层状多孔碳材料，将FeCo合金负载在N、S掺杂的木质碳气凝胶（FeCo@NS-CA）上作为可充电流 ZAB的阴极。获得的具有多孔层状结构的气凝胶表现出优异的双功能电催化，包括优异的电化学活性和优异的稳定性。

不仅如此，木质气凝胶以其特殊的材质还可作为航天航空材料的节能减重组件，是飞行器良好的候选材料，在军工和航空航天领域具有很大的应用前景（图8c）。

4 结论与展望

木质气凝胶因其优异的隔热保温性能、良好的力学性能以及生物可降解性而被广泛应用于各个领域，这种可持续性气凝胶的催生有助于减少能源的消耗和使环境得到改善，是现阶段科研工作以及未来气凝胶市场的重点研发对象，或将成为未来气凝胶市场的主导者。需要注意的是，由于木质气凝胶本身表现的热稳定性较差、亲水性等可能会成为其在气凝胶市场竞争的短板。同时，木质气凝胶目前仍处于研究和开发阶段，尚未大规模商业化生产。因此，对于木质气凝胶的具体制备方法、性能结合以及应用领域拓宽仍需要进一步的研究和探索。最后，对于木质气凝胶的发展提出了以下几点建议，并对其进行了展望。

（1）在市场竞争中，木质气凝胶固然存在绿色环保等有关国家政策上的巨大优势。但是，在与行业领域结合时，其在实验室的制备方式并不能够达到企业标准，要达到产品化和产业化的目的，还需在材料的制备工艺上有所突破，寻求新型生产工艺以改进生产方式，降低生产成本以跟进市场步伐。

（2）强化相关制造业（如建筑行业、能源储存行业等）之间的紧密合作与相互融通，促进具有成本与性能竞争力的木质气凝胶产品引入各大领域高附加值消费品市场。

（3）当前木质气凝胶的功能性应用研究已经有了重大突破，若加大开发其在隔热、吸声、减震、透明、电磁屏蔽等领域的应用潜力，特别是能满足军工、航空航天、电子科技所迫切需求的功能材料，还需要进一步面对具体应用场景需求进行研究，突破行业壁垒，对木质气凝胶的结构和功能进行调控。

（4）在研究开发新型高质量、低成本的木质复合气凝胶时，其中的超分子组装机制，即如何相互作用以达到性能增强和衍生的正确理解仍需待进一步探索。今后应着力集中于木材原位结构的开发，结合木材构造特征，亟待开发低成本、全组分、原位结构调控制备木质气凝胶的方法，充分利用木材天然多孔结构，开发木材新型功能材料。

随着时代的进步，木质气凝胶还可进一步智能化，其网络结构拓扑结构实现可编程、可设计，其功能除了发挥骨架物质的支撑结构作用，还应利用其动态键结构进行透明、自愈合、自响应等特殊功能。未来，对木质气凝胶的研究开发还需继续深入，使其应用潜力得到更大的挖掘，为可持续发展提供更多的解决方案。

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2024-07-19	2025-07-26	2024-10-09
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2025-06-15

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