来源：“易丝帮”公众号
消防、工业、军事等高危场景下的作业人员时刻面临着高温火焰、破片冲击、穿刺伤害多重致命威胁。芳纶（Kevlar）织物是防护装备的核心基材，但其纱线呈离散编织结构，纱线之间相互作用弱，在长期穿戴、反复水洗后纱线容易滑移松动；同时纱线交织的缝隙会让高温气流、火焰直接穿透，难以兼顾抗冲击与隔热防火两大核心防护需求。因此开发兼具力学防护与热防护的多功能纺织品是行业亟待突破的难题。
日前，中国科学技术大学龚兴龙教授团队提出一种普适的气凝胶涂层改性策略，在织物的交织纱线内部构筑分级多孔气凝胶网络，制备得到Janus非对称结构防护织物，实现了织物的抗穿刺和隔热阻燃，同时保留其透气性、疏水性、和可水洗性，保证了穿戴舒适效果。该成果发表于《Small》期刊，题为 “A Universal Aerogel‑Coating Strategy for Interfacial Thermo‑Mechanical Enhancement of Protective Textiles”。
图1. 气凝胶涂层制备步骤和织物结构示意图。
该 Janus 结构织物（AB‑K）采用浸渍、刮涂、冷冻、溶胶凝胶、冷冻干燥、气相疏水改性等工艺制备（图1a-c）。织物正面是富含微米级孔洞的芳纶纳米纤维/氮化硼纳米片复合气凝胶层；织物背面的纱线由芳纶纳米纤维气凝胶充分包裹；在织物内部，纳米纤维在纱线的微纤维之间进行搭桥和交联（图1d），在仅增加织物面密度7.1%的情况下，就能构建出阻热隔火和界面增韧的非对称功能结构（图1e-f）。
图2. 气凝胶涂层和织物的形貌表征。
微观表征证实，织物正面的气凝胶平均孔径约为52μm，有利于锁住静止空气，抑制对流换热；氮化硼纳米片分布在气凝胶孔壁表层，可以大幅提升红外光反射（图2i），抑制辐射传热。织物背面的气凝胶纳米纤维通过氢键和范德华力锚固在微纤维表面，在纱线的交织间隙中形成连续交联网络（图2b-g），从而约束纱线以防止相对滑移，解决了传统编织物纱线易错位、撕裂和穿刺的痛点。
图3. 气凝胶涂层修饰后织物的热防护性能。
热学与燃烧测试表明，改性后织物热导率低至31.8mWm-1K-1，相比原始的Kevlar织物下降了61%（图3c）。面对热油滴落、高温热吹风、炭火烧蚀时，气凝胶层可以有效阻隔这些介质带来的高温，织物背面温度相比传统的聚酰亚胺、PBO等织物显著降低（图3e）。且在1300℃火焰下持续灼烧 1min 后，织物依旧可以保留41%的承载力（图3f-g）；此外，锥形量热测得的总烟雾释放量下降83%，极限氧指数由 28% 提升至 34.5%，达到了V‑0 阻燃等级（图3h-j）。
图4. 气凝胶涂层修饰后织物的抗滑移、抗穿刺和抗撕裂性能。
纱线拔出、准静态穿刺、裤形撕裂等实验验证了气凝胶涂层改性后的力学强度提升效果。得益于气凝胶纳米纤维的桥接作用，织物的纱线最大拔出力提升了794%（图4d-f），穿刺能量提升了888%（图4g），最大撕裂力提升了214%（图4i-k）。有限元模拟证实，气凝胶交联网络能够将局部冲击应力向更大范围进行传递，起到了分散载荷的效果，因此避免了织物的快速穿透破坏（图4h）。
图5. 气凝胶涂层修饰后织物的耐水洗和透气性测试。
图5a-c系统展示了AB‑K 织物的穿戴实用性能，在500次弯折循环后样品无裂纹、无分层，且大尺寸样品可贴身穿戴，剥离测试证明气凝胶层与纱线界面粘附牢固，不会轻易脱落。此外，经疏水改性后，AB-K织物兼具了透气性和疏水性，其多孔结构允许水汽透过的同时不会被浸润，可以实现顺畅的汗液挥发（图5d-f）。在历经100次水洗‑烘干循环后，样品重量仅下降2.4%且微观形貌完好保留，其正反面的水接触角皆维持在123°以上，热导率仅轻微升高（图5g-j），这些结果充分证实该织物具备了优异的耐水性，适配雨水、潮湿等复杂作业环境。
图6. 气凝胶涂层修饰后织物的抗火焰冲击和子弹冲击展示以及气凝胶涂层策略的普适性验证。
研究团队还完成了大尺寸试样制备，可直接加工成防护背心，面向消防等场景实现应用转化（图6a-c）。此外，在弹道测试中，AB‑K织物能够阻挡高达165m s-1速度下的钢球冲击，比能量耗散达到1344Jcm2g-1，是不锈钢板材的28.2倍（图6d-g）。更重要的是，该气凝胶涂层策略具备良好通用性，除了Kevlar织物，同样适用于其他特种织物，例如PBO、UHMWPE、PI 等高性能织物（图6h-i），这些改性织物均呈现了Janus分级多孔结构，因此在抗穿刺与隔热方面都明显提升（图6j），解决了传统防护纺织品功能单一的短板。
论文的第一作者是中科大工程科学学院博士后吴建鹏，通讯作者为中科大工程科学学院龚兴龙教授和王宇副教授，论文贡献者还包括林仕煜硕士生和李子木博士生。该研究得到了国家自然科学基金、火灾创新群体基金、中国博士后科学基金、中科大工程与材料科学实验中心、中科大理化科学实验中心、以及中科大微纳研究与制造中心的资助和支持。
原文链接：A Universal Aerogel-Coating Strategy for Interfacial Thermo-Mechanical Enhancement of Protective Textiles. Small 2026. https://doi.org/10.1002/smll.75249
人物简介
龚兴龙博士，中国科学技术大学近代力学系讲席教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，享受国务院政府特殊津贴。现任中国科学技术大学“智能材料和振动控制实验室”负责人、中国力学学会·中国化学会流变学专业委员会副主任、安徽省振动工程学会常务副理事长、火灾科学国家重点实验室双聘教授。目前主要研究方向为新型智能材料的研制、机理、力学行为的研究及其在土木结构、运载工具等方面的应用；实验力学先进测量方法、技术与应用；热防护材料与结构力学等。已发表SCI收录论文五百余篇，授权专利50余项。自2019年斯坦福大学发表 “World Ranking of Scientists (2%)”以来，连续6年入选该榜单。2020年以来，已连续6年入选Elsevier发布的“中国高被引学者榜单”。