工業(yè)建筑和維持室內舒適溫度所消耗的能量占世界每年總能耗的30%以上，隔熱材料的使用可以提高建筑物能量利用率、降低能耗。傳統的有機隔熱材料普遍易燃，有機阻燃劑的使用會(huì )對環(huán)境和人類(lèi)健康造成危害，無(wú)機隔熱材料的熱導率普遍偏高。而一般的有機無(wú)機復合隔熱材料雖然阻燃性有所提高，但仍難耐受長(cháng)時(shí)間的火焰侵蝕，這是因為單分散狀態(tài)的無(wú)機組分會(huì )隨著(zhù)聚合物基體的燃燒而逐漸脫落，從而失去保護作用。
俞書(shū)宏課題組研制出的雙網(wǎng)絡(luò )結構復合氣凝膠具有樹(shù)枝狀的微觀(guān)結構，纖維的尺寸在20nm以?xún)?，且兩種組分各自都成連續的網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了有機、無(wú)機組分在納米尺度上的均勻分散，同時(shí)兩組分間具有很強的界面相互作用。研究人員通過(guò)調控硅源的添加量即可調控復合氣凝膠的密度、無(wú)機含量、力學(xué)強度等物理參數。這種復合氣凝膠可以承受60%的壓縮而不破裂，具有一定的機械強度和可加工性。該氣凝膠具有很好的隔熱效果，最低熱導率可達24mW/mK，優(yōu)于傳統的發(fā)泡聚苯乙烯等材料，在相對低溫和低濕度的環(huán)境下，其熱導率維持在28mW/mK。
這種獨特的雙網(wǎng)絡(luò )結構賦予了氣凝膠優(yōu)異的防火阻燃性能。研究人員用丙烷丁烷噴燈火焰（1300℃）和酒精燈火焰（500-600℃）來(lái)檢測氣凝膠的耐火性，并用紅外熱成像儀記錄樣品背面的溫度變化。經(jīng)過(guò)30分鐘的測試，噴燈火焰下樣品背面溫度穩定在300℃左右，酒精燈火焰下溫度穩定在150℃左右，且隨著(zhù)有機組分的燃燒，SiO2網(wǎng)絡(luò )暴露出來(lái)并附著(zhù)在氣凝膠表面而不會(huì )脫落，繼續發(fā)揮隔絕熱量的作用。這種材料可以一定程度上避免在發(fā)生火災時(shí)建筑物承力結構的失效，為人員撤離爭取了時(shí)間。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應用化學(xué)》上，博士后于志龍為論文第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委創(chuàng )新研究群體、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金、國家重大科學(xué)研究計劃、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項目、中科院納米科學(xué)卓越創(chuàng )新中心、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng )新中心、合肥大科學(xué)中心卓越用戶(hù)基金的資助。