纤维素纳米晶（CNC）基气凝胶是一种低密度、高孔隙率、高比表面积、化学可修饰性的三维多孔固体材料，因其优异的性能而被广泛应用于吸附、催化、储能和传感等领域。然而，CNC基气凝胶的高强度和高模量也伴随着韧性不足的问题，限制了其作为柔性材料的应用，也增加了其加工和后处理的难度。其中的主要原因是CNC之间未受控制的氢键网络限制了CNC颗粒的运动。因此，亟需一种策略调控气凝胶的氢键网络以解决其刚性和脆性难题。

  受海参皮肤启发，当其胶原纤维的交联网络被stiparin抑制剂削弱时，海参皮肤由刚性向柔性转变。黄进教授和甘霖副教授团队通过可形成氢键的柔性高分子聚乙二醇（PEG）对CNC进行化学交联，制备了一种包含氢键网络的CNC基化学交联气凝胶（如图1所示）。

图1 a）海参皮肤的刚柔转变示意图。b）CNC基气凝胶化学交联示意图。c）气凝胶刚柔转变示意图。

  此时，基于氢键的溶剂化作用则能可逆地破坏CNC和PEG之间的氢键网络，CNC颗粒和PEG链段的运动因此得到了一个可控的限制开关，使CNC基气凝胶可实现由刚性向柔性、塑性形变向弹性形变的可逆转变（如图2所示）。

图2 具有不同分子量PEG的气凝胶在（a）空气中和（b）水中的应力应变曲线；c）在空气和水中的压缩模量；d）在空气中和e）水中的形状恢复率。

  最终，在调节PEG分子量后，CNC基气凝胶在空气中具有近MPa级的模量，而在湿态下该模量将下降至kPa级，这种可逆转变使此气凝胶可兼顾高度可加工性和使用力学性能（如图3所示）。

图3 具有不同分子量PEG的气凝胶在a）在DMF、b）乙醇和c）石油醚中的应力应变曲线；d）气凝胶在DMF、乙醇和石油醚中的压缩模量。气凝胶的形状恢复与溶剂的e）极性和f）溶度参数的关系。

  该研究成果近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.9b18569），论文的第一作者为西南大学化学化工学院硕士研究生李东，通讯作者为黄进教授和甘霖副教授。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b18569