近日，江南大学纺织科学与工程学院/针织技术教育部工程研究中心马丕波教授与北京大学张锦院士团队邵元龙研究员、苏州大学程涛教授等团队合作，在高性能气凝胶纤维领域取得重要突破，于国际顶级期刊《Nature Communications》上发表了题为“Knittable, thermally insulating, and sustainable aerogel fibers enabled by ion-mediated hierarchical assembly”的研究论文。北京大学肖刚博士、江南大学针织中心2023级博士研究生马晓涛与苏州大学博士研究生麻冰云为论文共同第一作者；江南大学马丕波教授、北京大学张锦院士/邵元龙特聘研究员与苏州大学程涛教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助支持。

    论文全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69790-6

   1.文字概述

    在极端天气频发与“双碳”战略推动绿色低碳生活的双重背景下，高性能隔热纤维材料的重要性日益凸显。气凝胶纤维因其超低导热系数，被誉为“超级隔热材料”，将其制成服装制品无疑是提升保暖性能的理想路径。而针织作为保暖服装的主流织造方式，其优势早已被广泛认知：针织结构能有效“锁住”静止空气，蓬松度越高、厚度越大，隔热效果越显著。然而，将气凝胶纤维与针织工艺相结合却面临一道难以逾越的屏障——追求隔热所必需的高孔隙率，往往以牺牲机械强度为代价，导致纤维难以承受工业化针织加工的严苛考验：当纱线被织针快速弯成线圈时，极易发生断裂。尽管研究人员通过强韧化设计使纤维强度满足了手工编织的要求，但仍不足以应对现代针织工程的复杂工况。

    针对这一挑战，本研究提出了一种针对气凝胶纤维的离子介导库仑衰减组装策略。研究团队以可回收的杂环芳纶纤维为原料，在KOH/DMSO超碱体系中将其剥离为直径仅3.4 nm的超细芳纶纳米纤维。通过精确调控质子浓度，逐步中和纳米纤维表面的负电荷，触发其两步协同组装：首先横向聚集成束，随后进一步融合成熟，最终构建出具有“致密纳米孔芯层+大孔蜂窝状壳层”的双尺度分级结构气凝胶纤维。该结构通过芯层sub-50 nm孔隙的克努森效应抑制气体导热，同时利用壳层微米级孔洞实现拉伸过程中的应力分散，使纤维兼具高强度与超隔热性能。实验表明，该纤维拉伸强度高达83.1 MPa，导热系数低至22.0 mW·m-1·K-1，由50根单丝组成的纱线断裂载荷超过12.0 N，完全满足针织电脑横机3.4-5.0 N的上机张力要求。在针织验证方面，团队采用单面集圈组织成功实现气凝胶纤维丝束的规模化织造，并缝制成完整背心。在0°C环境舱中，该气凝胶纤维织物较棉纤维制品，实现外表面高达5.1°C保暖温差；在北京冬季户外实测中（-2.2°C，风速3 km/h），其外表面温度较棉侧低3°C以上，展现出优异的实际保暖性能。

    这项研究通过动力学控制的酸触发组装策略，成功将离子介导组装、多级孔隙调控与针织结构可加工性进行系统性整合，从根本上打破了隔热性能与力学强度之间的经典权衡，为开发下一代高性能隔热纺织品提供了创新性的解决方案。该技术不仅在个人热管理领域具有突破性意义，同时其从废弃芳纶纤维到功能成衣的闭环制造流程，为纺织行业的绿色可持续发展开辟了新路径，标志着气凝胶纤维向工业化应用迈出了关键一步。

    2.图文导读

图1杂环芳纶气凝胶纤维的分级结构调控机制与规模化制备展示

图2 分级结构气凝胶纤维的微观结构展示与热力学性能对比

图3 杂环芳纶气凝胶纤维针织服装的一体成形设计与热管理性能对比