四川大学杨刚教授团队 ACS AMI：受生物矿化启发的限域生长策略制备高性能聚酰亚胺气凝胶

2024-01-11 来源：高分子科技

生物矿化过程制备的生物矿物因特殊的分级结构和组装方式而具有独特的理化性质和生物功能。限制性反应空间作为生物矿化过程的重要一环极大程度上决定了生物矿物分级结构的生长。而通过模拟生物矿化过程，可设计合成更多具有特定结构的材料。

近期，四川大学杨刚教授团队报道了一种受生物矿化启发的限域生长策略用以制备高性能聚酰亚胺气凝胶及其碳气凝胶。该策略首先搭建一次聚酰亚胺气凝胶作为限域空间。再通过真空浸渍聚酰胺酸盐溶液对限域空间进行填充。最后聚酰胺酸盐溶液在限域空间中合成二次气凝胶制备出类生物矿物的分级多孔结构（图1）。在气凝胶制备过程通过超声辅助冷冻干燥和不同的溶剂选择对冰模版的形貌进行调控进而实现对一次、二次气凝胶孔道结构的控制，制备出具有不同分级结构的聚酰亚胺气凝胶及其碳气凝胶。所制备的限域聚酰亚胺气凝胶由于平均孔径较小，导热路径较长而具有较低的气相传热系数和固相传热系数，从而变现出优异的隔热性能（图2）。其次，分级多孔结构提供了更丰富的导电路径和异质界面，从而增加了导电损耗、极化损耗和多重反射，进而提高了气凝胶的电磁屏蔽性能（图3）。最后，限域骨架片层之间二次气凝胶的填充为多孔结构提供了更多的力学支撑，从而有效的提升了体系的力学性能（图4）。该工作以“Biomineralization-Inspired Confined-Space Fabrication of Polyimide Aerogels” 为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。第一作者为四川大学高分子科学与工程学院博士生肖航。四川大学杨刚教授和胡江淮副研究员为论文共同通讯作者。通讯单位为四川大学高分子科学与工程学院、高分子材料工程国家重点实验室。

图1. 限域气凝胶制备流程图A:硅藻细胞壁的分级多孔结构。B:密闭空间PI气凝胶和PI衍生碳气凝胶合成示意图。

图2. 限域气凝胶隔热性能演示AB：TGA结果。C：导热常数结果。DE：热态升温实验结果。F：同类报道性能对比。G：样品红外图像及测试保温性能的实验装置示意图。

图3.限域碳气凝胶电磁屏蔽性能演示AB：限域碳气凝胶结构表征。C：电导率结果。DEFG：限域碳气凝胶电磁屏蔽性能。H：同类报道电磁屏蔽性能对比。I：电磁屏蔽机理示意图。

图4. 限域气凝胶力学性能表征演示A：限域气凝胶压缩回弹曲线。B：限域气凝胶在不同压缩应变下的应力。C：FD+UAFD样品在不同应变速率下的应力-应变曲线。D：FD+UAFD在不同应变速率下的应力-应变曲线。E：同类报道的力学性能对比。F：限域气凝胶压缩回弹性能演示。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c15696

下载：Biomineralization-Inspired Confined-Space Fabrication of Polyimide Aerogels

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（责任编辑：xu）

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