低频噪声广泛存在于航空器舱室、载人航天器、轨道交通、工业装备和建筑空间等受限环境。其波长长、穿透性强，传统多孔材料通常需增加厚度才能实现有效衰减；亥姆霍兹共振器、膜结构等声学超材料虽可实现亚波长低频调控，却受限于工作频带窄、结构复杂、力学稳定性不足和规模化制备困难。气凝胶兼具低密度、高孔隙率和丰富界面，是理想的轻质吸声载体，但高孔隙率往往以骨架强度损失为代价。如何协同提升低频宽带吸声与力学稳定性，是轻质声学材料面临的核心挑战。
近日，东南大学材料科学与工程学院、重大基础设施工程材料全国重点实验室缪昌文院士、佘伟教授团队联合南京大学卢明辉教授团队在Nature子刊《Nature Communications》（IF=18.1）发表了题为"Strong acoustic meta-aerogels enabled by nanoconfined directional freezing and in-situ polymerization"的研究成果。该团队创新提出纳米限域定向冷冻—原位聚合策略，构筑具有“梯度宏孔—定向微通道—纳米多孔CASH”层级结构的水泥基声学超构气凝胶（meta-aerogel），实现水化硅铝酸钙（calcium–aluminosilicate hydrate, CASH）纳米颗粒沿定向孔壁的限域成核与界面强化。梯度宏孔与定向微通道协同促进声阻抗渐进匹配和热黏耗散，而纳米多孔CASH通过压力依赖的吸附—脱附滞后产生类共振声学响应，使声能在跨尺度多孔结构中持续耦合与耗散，呈现出类似“声学黑洞”的宽频声能陷获特征。该材料在约50 mg cm⁻³的低密度下实现约1.88 MPa压缩强度、降噪系数（NRC）达0.85，并在550 Hz处实现吸声系数1.00。对比商业吸声材料、多孔建筑材料及已报道声学材料，其在“吸声性能—力学强度”二维性能空间中表现出显著综合优势，突破了轻质多孔材料长期存在的“高吸声—低强度”权衡。该研究建立了纳米界面过程与宏观声学—力学性能的跨尺度关联，为受限空间中高强、轻质、低频宽带吸声材料提供了新的材料体系与设计路径。
东南大学材料学院博士研究生王俊凯、博士后吴彰钰和南京大学黄唯纯副研究员为论文共同第一作者；东南大学吴彰钰、佘伟教授和南京大学卢明辉教授为论文通讯作者。东南大学缪昌文院士给予了重要指导，哈尔滨工业大学（深圳）周傲教授、卓靖博和南京大学余勇花对本文也有重要贡献。该研究工作获国家重点研发计划、江苏省“双碳”科技创新专项资金项目、国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目资助，并得到江苏苏博特新材料股份有限公司实验支持。
近年来，缪昌文院士、佘伟教授团队致力于通过人工微结构设计与界面优化推动水泥材料从传统结构材料向功能化、智能化材料的跨越式发展，在国际上率先提出并构建了覆盖力学、热学、声学、光学、电化学功能的“水泥超材料”研究体系。已在水泥电化学反应器（Joule，2026; Advanced Materials，2026）、超冷水泥（Science Advances，2025）、类钢混凝土（Advanced Materials，2024）、水泥气凝胶（Advanced Science,2023；Carbon Energy，2024）、水泥基太阳能界面蒸发器（Carbon Energy,2025）等方向取得系列创新突破，展现出突破工程材料性能/功能极限和变革混凝土研究范式的巨大潜力。
纳米限域定向冷冻—原位聚合策略设计制备水泥声学超构气凝胶
(https://doi.org/10.1038/s41467-026-77972-5)
撰稿｜吴彰钰
一审｜李 凯
二审｜孙文文
三审｜佘 伟
