热开关材料能够在温度变化时智能地在隔热（关闭状态）和导电（开启状态）之间切换，成为电子设备 and 航空航天系统动态热管理的关键技术[[1], [2], [3], [4]]。通过主动调节热传导路径，它们有望减轻组件过热并提高系统可靠性[[5], [6], [7]]。现有的热开关通常通过两种主要机制工作：内在相变（例如，在相变材料[8]和某些形状记忆合金[9,10]中）或由形状记忆聚合物实现的机械驱动接触工程[[11], [12], [13], [14]]。然而，基于内在相变的材料通常具有较低的切换比和缓慢的动力学响应，而依赖机械接触的材料通常具有笨重的结构，这会妨碍系统的微型化[[15], [16], [17]]。因此，迫切需要开发结合轻质、高热切换比、快速响应性和良好机械适应性的智能热开关材料，以实现动态和高效的热管理策略。
形状记忆聚合物气凝胶是一类新型多功能材料，它们结合了传统气凝胶的轻质、高孔隙率结构与热响应的形状记忆行为[[18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25]]。这种独特的组合使得材料在热刺激下能够发生可逆的微观结构变形，为智能热管理、主动热保护和可部署的空间结构应用提供了有前景的平台。在永久形状下，相互连接的多孔网络有效地抑制了热传导，从而表现出优异的隔热性能（关闭状态[[26], [27], [28]]。同时，形状记忆效应允许对孔结构形态进行编程控制，使热传导路径从低导热性转变为高导热性（开启状态）。这一能力为先进航空航天和能源系统中的自适应热调节开辟了新的可能性。基于这一概念，我们团队最近开发了一种基于聚酰亚胺-聚硅氧烷（PISi）框架的轻质灵活的形状记忆气凝胶纺织品[29]。这种智能织物通过其微孔结构和宏观纤维结构的协同变形实现了显著的热切换比。尽管这类热响应形状记忆气凝胶在智能热调节方面具有巨大潜力，但它们作为高性能热开关的实际应用受到两个关键限制的阻碍。首先，热响应速率受到聚合物链移动性和热扩散效率的限制，导致切换速度通常不足以满足实时热管理应用的需求。其次，虽然多孔网络本身具有低导热性（关闭状态），但在压缩状态（开启状态）下的可实现导热性通常受到基础聚合物本身低导热性的限制。此外，即使在压缩结构中，聚合物基体中的低效声子传输路径和显著的声子散射也阻碍了导热性的显著提高，从而导致相对较低的热切换比（λON/λOFF）。因此，同时提高热响应动力学和扩大导热性切换范围对于推动形状记忆聚合物气凝胶在实际热开关应用中的发展至关重要。
在这里，我们提出了一种策略，将气凝胶的各向异性多孔结构与界面工程相结合，开发出一种具有快速热响应和高热切换比的形状记忆聚酰亚胺/氮化硼（PI/BN）复合气凝胶。首先通过定向冷冻构建了一个高度有序的多孔聚酰亚胺气凝胶支架，该支架既作为形状记忆基质，也作为后续功能化的模板。然后在该支架上涂覆导热性的氮化硼（BN）纳米片，沿孔壁形成连续的热传导网络。所得的复合气凝胶不仅在“开启”状态下通过有序路径促进了快速的声子传输，同时保持了“关闭”状态下多孔基质本身的低导热性。这种快速响应性和增强热切换比的结合使PI/BN复合气凝胶成为电子设备按需热管理的理想候选材料。
