生物聚合物气凝胶因其重量轻、孔隙率可变、微结构设计、可持续性和可再生性等优点而受到学术界和工业界的广泛关注。生物聚合物气凝胶可进一步与其他具有优异电学，热学和光学性能的其他纳米材料结合使用，在保温、储能、传感器、电磁波吸收或屏蔽等方面具有巨大的应用潜力。这些生物聚合物气凝胶中的功能性结构单元和孔微结构为引入更多功能性或改善其性能提供了更多可能性。例如，纤维素，氧化石墨烯和海泡石纳米棒的组合有助于实现超绝热，阻燃，轻质但坚固的生物聚合物泡沫，其性能要优于传统的基于聚合物的绝缘材料。
有鉴于此，瑞士联邦材料测试与开发研究所(EMPA)的Gustav Nyström和Elena Mavrona等人，通过简单的双向冷冻干燥方法组装合成了仿生，层状和高度多孔的过渡金属碳化物（MXene）包埋纤维素纳米纤维（CNF）气凝胶。
本文要点
1）生物聚合物气凝胶具有大规模，平行定向的微米级孔隙，并具有出色的机械强度和柔韧性，可调节的电性能以及低密度（2.7–20 mg/cm3）。有效利用CNF，MXene和层状孔，使气凝胶在太赫兹（THz）范围内具有异常高的双折射性。在0.4 THz时，双折射值可高达0.09-0.27，可与大多数商业THz双折射材料（例如液晶）相比较，其衰变快、成本高、制备工艺复杂。
2）对不同MXene含量的CNF气凝胶进行了经验建模，并与银纳米线或碳纳米管包埋的CNF气凝胶进行了实验比较。值得注意的是，三维气凝胶充分利用了CNF、导电纳米材料和层状孔微结构的协同作用，在太赫兹状态下具有良好的双折射率。
3）实验表明，导电纳米材料的本征性质、纳米材料的含量、孔隙率和层状多孔结构对THz参数，如对仿生生物聚合物气凝胶的吸收率和双折射率等有很大影响。生物聚合物气凝胶光学各向异性的测定为进一步探索基于超轻、独立、低成本的仿生多孔结构太赫兹器件奠定了基础。
总之，该工作制备的太赫兹双折射仿生生物聚合物气凝胶为开发基于轻质，独立，低成本多孔结构的太赫兹器件提供了有希望的途径。
参考文献：
Zhihui Zeng et al. Terahertz Birefringent Biomimetic Aerogels Based on Cellulose Nanofibers and Conductive Nanomaterials. ACS Nano, 2021.
DOI: 10.1021/acsnano.1c00856
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00856
