納米顆粒氣凝膠或納米顆粒/纖維復合氣凝膠的組成均含有納米顆粒，由于顆粒間、顆粒與纖維間相互作用小，材料存在顆粒易脫落問題，從而使纖維結構不穩定、性能下降，嚴重限制其實際應用。為徹底解決顆粒易脫落的問題，通常以纖維為構筑基礎，制備陶瓷纖維氣凝膠材料，其方法主要包括減壓抽濾法、三維打印法、自組裝法、層層堆疊法、直接紡絲法等。

減壓抽濾法 

Dong等以無機溶膠為粘結劑，聚丙烯酰胺為分散劑，制備多晶莫來石微米纖維分散液，通過減壓抽濾法成功制備雜化纖維氣凝膠。隨后高溫煅燒使纖維間發生粘結，形成莫來石微米纖維氣凝膠。該法制備的氣凝膠體積密度大。

莫來石微米纖維氣凝膠的制備示意圖

自組裝法 

Lin等人通過超聲輔助自組裝、冷凍干燥法及熱解過程相結合，利用三聚氰胺二硼酸鹽前驅體制備出具有開孔結構的三維氮化硼纖維狀泡沫材料。然而由于框架纖維直徑較粗、纖維直徑均勻度較差且孔為不規則的無序結構，該材料力學性能存在一定缺陷。

三維氮化硼泡沫制備示意圖

三維打印法 

Meza等人利用雙光子刻蝕、原子層沉積和氧等離子體刻蝕制備氧化鋁陶瓷空心管三維微米格子框架。該材料可以通過優化管壁厚度與半徑比值可以抑制構成固體的脆性斷裂，通過殼屈曲達到彈性形變，從而優化框架的回彈性能。但該法成本過高，擴大化生產困難。

中空 Al2O3 微米框架制備示意圖

現有陶瓷為米纖維氣凝膠雖然解決納米顆粒易脫落的問題，但通過不同方法制備的微米纖維氣凝膠存在體積密度大、回彈性差等問題。通過通過層層堆疊法、直接紡絲法等可降低纖維直徑提升纖維本體柔性，從而制備出彈性納米纖維氣凝膠材料。

層層堆疊法

Su等人通過化學氣相沉積的方法制備碳化硅納米線片層材料，然后將纖維片層逐層疊加，制備了碳化硅納米線氣凝膠。該材料不僅有較好壓縮回彈性能還有良好的阻燃性和隔熱性能。但該方法制備的氣凝膠僅是二維結構的簡單堆疊，呈各向同性，且片層間無相互作用，易出現層間剝離限制其實際應用。

碳化硅納米線氣凝膠的制備示意圖

直接紡絲法 

直接紡絲法是利用靜電紡絲技術或者其他紡絲方法，直接使纖維沉積形成三維體型材料，或利用三維接收裝置收集形成體型材料，隨后高溫煅燒制備出陶瓷納米纖維氣凝膠材料。 

Wang等將溶膠凝膠紡絲溶液利用噴吹方法紡絲，并以三維籠子為接收基材，制備出TiO2、ZrO2、YSZ、Al2O3和BaTiO3納米陶瓷纖維氣凝膠材料。但該法材料纖維各向異性堆積，無法對氣凝膠的形狀、尺寸、孔結構、體積密度等進行精確控制且結構極易塌陷。

溶液噴吹法制備納米纖維氣凝膠的示意圖

上述方法雖然制備出體型陶瓷納米纖維材料，但仍有問題亟待解決：

壓縮回彈性差，纖維間無相互作用，在外部作用力下易塌陷；

形狀不可控，材料微觀呈層狀堆積或無規棉花狀，難以精確控制與重復制備；

體積密度不可控，直接紡絲法制備的氣凝膠體積密度難以調控，層層堆疊法制備的氣凝膠要達到特定的形狀/高度其體積密度偏大。 

參考資料：

丁彬. 靜電紡三維納米纖維體型材料的制備及應用

劉瑞來. 三維納米纖維組織工程支架的研究進展

劉俊. 層層疊加制備三維靜電紡納米纖維結構

吳國友. 常壓干燥制備二氧化硅氣凝膠

王衍飛. 氣凝膠陶瓷復合纖維剛性隔熱瓦的制備及性能研究

王雪琴. 彈性二氧化硅基納米纖維氣凝膠的制備及功能化應用研究

Dong X. High-temperature elasticity of fibrous ceramics with a bird's nest structure 

Meza L R. Strong, lightweight, and recoverable three-dimensional ceramic nanolattices

Lin J. Self-assembly of porous boron nitride microfibers into ultralight multifunctional foams of large sizes

Su L. Ultralight, recoverable, and high-temperature-resistant SiC nanowire aerogel

Wang H L. Ultralight, scalable, and high-temperature-resilient ceramic nanofiber sponges