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  氣凝膠是一種新型多孔材料且為開孔結構。最早的硅基氣凝膠因其納米級多孔結構和高透明度而受到關注，但它們的機械性能較差，導致整體性能不夠均衡。其脆弱的結構限制了這一新興材料的發展。之后聚合物基氣凝膠被制造，但在改善機械性能的同時，往往很難保證高透明度。聚乙烯醇（PVA）是一種無色無味的聚合物，具有水溶性、低毒性和生物相容性。到目前為止，有關于具備優異的透明度和機械性能的聚乙烯醇氣凝膠的相關研究寥寥無幾。

  近期，美國東北大學Yi Zheng教授和Marilyn L. Minus教授團隊以保持透明度的同時優化氣凝膠的機械性能為目標，研制了一款新型透明PVA氣凝膠并發明了一種一步凝膠化方法，以促進溶膠-凝膠轉變。相比于冷凍-解凍法，這種一步凝膠化方法保持了PVA氣凝膠的高透明度，并減少了凝膠化過程所需的時間。該工作填補了有關于簡單制造透明聚合物基氣凝膠且同時保證優秀的機械性能的空白。

圖5. 不同放大倍數和濃度下PVA氣凝膠的SEM圖像。(a)至(f)表示10%至15%不同濃度的PVA氣凝膠，而子圖(1)至(3)分別表示5000倍、30,000倍和60,000倍的放大倍數。

圖7. (a) 透明PVA氣凝膠（濃度為10%至15%）及不透明PVA氣凝膠的透過率曲線；(b) 10%至15%濃度透明PVA氣凝膠及不透明PVA氣凝膠的線性衰減系數隨波長變化的曲線。

挑戰與展望：

  最初，考慮到最早發現的硅氣凝膠的脆性和較差的機械性能，這一缺點限制了氣凝膠的應用發展。因此，改善氣凝膠的機械性能被設定為主要目標。因此，材料選擇聚焦于聚合物。實驗方向設定為純物理交聯，未使用任何交聯劑，以簡化和加速生產過程。因此，選擇聚乙烯醇（PVA）作為原料，嘗試氣凝膠的生產，因其能夠通過側鏈羥基自交聯形成氫鍵。在材料選擇之后，生產方法進行了實驗、分析和改進。對冷凍-解凍法的對比分析表明，該方法無法保證PVA氣凝膠的透明度。考慮到實驗過程的時間效率，發明了一種一步靜置法以促進溶膠-凝膠轉變。一步靜置法不僅保持了PVA氣凝膠的高透明度，還減少了凝膠化過程所需的時間，相較于冷凍-解凍法。隨后，測試了濃度范圍為2%至28%的PVA，揭示了低濃度時的卷曲、原始邊緣以及高濃度時氣泡的形成等問題。生產過程進一步改進，并確定了10%至15%的安全濃度窗口，確保了穩定、薄且透明的PVA氣凝膠的生產。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-024-77198-9