提升能源利用效率是应对全球能源与环境难题的重要策略。在工业、建筑、交通等重点领域，散热不佳造成的能量损耗占比极高。因此，研发可有效阻隔热量传递的先进隔热材料，成为提高能源利用效率的关键途径。但传统隔热材料（如泡沫、纤维类材料）受自身物理结构制约，导热系数难以进一步降低，其导热系数往往接近甚至高于静止空气的导热系数，性能提升遭遇瓶颈。航空航天极端热防护、新能源汽车电池热失控防护、工业深低温保温等应用场景工况严苛，对材料的隔热性能、轻量化设计与长期稳定性提出了更高要求。因此，开发导热系数低于静止空气导热系数，同时兼具优良力学性能与稳定性的新一代隔热材料，已成为材料科学领域的重要研究方向。气凝胶具备超低密度与三维纳米多孔网络结构，其导热系数可低于静止空气，该特性源于其三维多孔结构能够同时抑制固体导热、气体导热与辐射传热。凭借这种对多种传热路径的协同调控能力，气凝胶被视作适用于严苛热管理场景的高性能隔热材料，具备广阔的应用前景。

但气凝胶材料的规模化应用仍面临三大关键瓶颈：第一是极端环境下性能衰减问题，高温、低温工况下该现象尤为突出。例如在航空航天等高温防护场景中，气凝胶本身对红外辐射具备透过性，会大幅增强辐射换热，造成材料热导率急剧上升，隔热性能显著下降；第二是材料自身力学性能存在短板。为实现极低密度与高孔隙率，气凝胶普遍强度低、脆性大，难以满足承重、抗冲击等实际结构使用需求；第三是制备加工技术存在局限。这些问题使其无法适用于便携设备、可穿戴电子系统等狭小空间内的热管理场景。

针对上述问题， 杨生春教授团队联合化学学院郭寅周助理教授，中国原子能科学研究院杨洪广研究员在材料领域国际知名期刊《材料科学与工程：报告》(Materials Science and Engineering R, IF= 31.6》发表题为《超低导热系数气凝胶：结构设计、制备工艺与应用》的综述（Review）论文，系统回顾了近年来超低热导率气凝胶在传热机理、多尺度结构设计及先进制备工艺方面的研究进展，并对该类材料在建筑节能、储能、航空航天、人体热管理等重点领域的应用现状，以及存在的科学问题提出未来潜在研究方向。

论文从气凝胶材料结构出发，分析了孔径分布、骨架尺寸与取向等微观结构特征和宏观传热行为的内在关联，详细阐释了声子散射、克努森效应、辐射消光等物理机制在抑制热传导过程中的作用。在结构设计上，重点分析了颗粒-纤维网络、层状各向异性骨架、多级多孔体系等代表性调控策略，对比各类方案在隔热性能与力学稳定性之间的平衡效果。制备工艺上，系统评述了溶胶-凝胶法及各类干燥工艺等核心技术，总结了上述工艺在精准构筑定制化微观结构、实现规模化制备领域的发展现状与现存难题，为超低导热系数气凝胶的基础理论研究与产业化应用开发提供了参考依据。

西安交通大学物理学院博士研究生龚明为论文第一作者，西安交通大学物理学院杨生春教授，化学学院郭寅周助理教授，中国原子能科学研究院杨洪广研究员为论文共同通讯作者。西安交通大学物理学院和金属材料强度全国重点实验室为论文第一单位。该工作得到了中国核工业集团有限公司领创科研项目的资助。