现代工业的快速发展和石油聚合物的过度消耗引发了不可再生资源短缺和环境污染的双重危机。然而，这也为激发研究人员利用天然生物基材料开发新型先进材料和应用提供了机会。纳米纤维素基气凝胶，以丰富和可持续的纤维素为原料，结合了传统气凝胶的高孔隙率和大比表面积，以及纤维素本身的优良性能，是第三代气凝胶。目前，纳米纤维素气凝胶在吸附、分离、储能、保温、电磁干扰屏蔽和生物医学等领域的广泛应用为人们提供了一个高度关注的平台。
有鉴于此，德国哥廷根大学Kai Zhang教授和南京林业大学蒋少华教授、Gaigai Duan等人，综述了纳米纤维素气凝胶的制备方法、改性策略、复合材料的制备及其应用，并对其发展前景和潜在挑战进行了讨论。
本文要点
1）作为第三代生物质聚合物材料，纳米纤维素基气凝胶不仅具有与传统的无机气凝胶材料类似的低导热率，大SSA，高孔隙率，轻质和低介电常数的典型特征，而且还具有其固有的优异性能，例如具有良好的生物相容性，可降解性和高机械强度。通过物理混合或化学改性获得的复合功能化纳米纤维素气凝胶可以具有其他特殊功能，包括抗菌性能，透明度，超疏水性以及电磁性能。因此，在吸附材料，载药，保温材料，电磁材料等方面具有广阔的应用前景。但是，纳米纤维素基功能性复合气凝胶的实际应用并非没有障碍，并且仍然存在以下要克服的挑战：
（1）复杂的制造过程。制备纳米纤维素凝胶前体的过程既复杂又费时。特别地，在反复进行的溶剂交换过程中，该过程消耗大量的醇（主要是乙醇）作为替代溶剂。（2）时间和能源消耗。气凝胶干燥主要依靠冷冻干燥或超临界CO2干燥，通常需要24 - 96h，高压，增加了风险和能源消耗。发展一种新颖而简单的干燥方法，既能保持气凝胶的结构不坍塌，又能保持其性能不变，从而实现气凝胶的大规模生产，是未来研究需要解决的关键问题。（3）功能化的瓶颈。纳米纤维素气凝胶的进一步功能化面临着填料分散不良、结构设计、官能团修饰以及从实验室到工业化的顺利过渡等诸多挑战。
2）因此，所有上述问题都需要在未来的研究中加以解决。此外，需要进一步探索潜在的应用，以及纳米纤维素基功能复合气凝胶的开发。
（1）各向异性功能化。众所周知，结构决定性能。在定向冷冻干燥的纳米纤维素气凝胶中加入一些功能填料，使其在结构上具有各向异性功能（热，电和磁），从而拓宽其应用领域，包括介质的定向流动和材料中的各向异性功能。（2）机械强度。目前，纳米纤维素气凝胶的超轻特性得到了发展。然而，较低的抗压强度明显限制了其实际应用。（3）长距离定向。现有的定向冷冻干燥技术仅适用于纳米纤维素气凝胶结构的短程取向控制（<5 cm）。在制备长取向结构时，生长的冰晶驱动力不足会导致上下结构不均匀。因此，实现具有均匀定向结构的超长气凝胶的构建，将极大地促进纳米纤维素气凝胶在快速液体吸附和智能检测领域的发展。
参考文献：
Yiming Chen et al. Recent Progress on Nanocellulose Aerogels: Preparation, Modification, Composite Fabrication, Applications. Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202005569
https://doi.org/10.1002/adma.202005569
