气凝胶是由高达99.98%的空气组成的超多孔三维（3D）结构，并以细胞状或纤维状网络作为骨架支撑。它有着出色的物理性能，例如超低密度、高比表面、低热导、低声阻抗等，使其在能量储存、化学催化、电子传感器、声绝缘体、航空航天以及热绝缘领域都表现出巨大潜力。但由于其常见的制备技术如冷冻干燥（Freezing-drying）及超临界流体干燥（supercritical drying）常存在极端制备条件而导致高耗能、高耗时等弊端以及所需设备条件较为严苛等问题而难以满足气凝胶材料在诸多领域日益增长的需求。因此，如何在低能耗、低耗时的情况下制备高性能气凝胶仍是研究热点。

  鉴于此，中山大学周剑副教授团队开发了一种气凝胶材料的补偿策略制备方法并以此法制备了导电气凝胶聚3，4-乙烯二氧噻吩/ 聚苯乙烯磺酸（PEDOT/PSS）。通过调整PEDOT/PSS与丙烯酰胺的重量比和干燥温度，得到了低密度(6.3-21.6 mg/cm³)、高孔隙率(>99%)和低收缩率(5.3%)的气凝胶，并且气凝胶电导率可达81.1 S/m。该气凝胶被用作湿气发电的绿色能源的收集。文章以“Compensation strategy for constructing high-performance aerogels using acrylamide-assisted vacuum drying and their use as water-induced electrical generators”为题，在线发表于在期刊《Chemical Engineering Journal》。 

图1. 补偿策略分散体系示意图

  本文提出的气凝胶干燥方法主要依托于：在丙烯酰胺和PSS间的酸碱相互作用和丙烯酰胺对PEDOT的极性作用下，冷冻后形成的丙烯酰胺晶体在其中的功能类似于在创建多孔结构时冰晶在冷冻干燥中的作用，从而构建出PEDOT/PSS三维多孔结构。之后在高温（80℃或110℃）真空干燥下，丙烯酰胺晶体下缓慢升华，保持固体状态的PEDOT/PSS的多孔结构，从而实现气凝胶制备。 

图2. 气凝制备过程原理

图3.PEDOT气凝胶在湿气发电（图a-c）上的应用及电导增强原理（图d-e）

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139685

中山大学材料科学与工程学院周剑团队介绍

研究方向：先进电子与纤维材料

研究兴趣：有机/无机半导体的合成制备及应用研究；先进纤维及织物电子的设计与应用研究；植物资源固废转化与应用研究；气凝胶新型制造方法及产业化应用研究；柔性电子技术与健康医疗

团队现有特聘副研究员1名，博士后3名，硕士7名。团队拥有完善的材料合成与表征实验室、材料加工与器件等实验室，中山大学东校园化学与材料综合楼中团队科研场地面积超120平方米。现已配置微型高分子合成反应釜，导电高分子液相和气相合成装置、冷冻干燥机、超临界干燥设备、真空手套箱、匀胶机、多通道温度采集系统、四探针表面方阻仪、新型离心纺丝机、小型及中试湿法纺丝机、纳米纤维素提取分离系统、激光雕刻切割机、真空管式炉、万能拉力机等实验设备与仪器。 

团队与国内外多个课题组，包括美国加州大学戴维斯分校，加拿大英属哥伦比亚大学（UBC），澳大利亚迪肯大学、沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）、中科大、四川大学等建立了密切合作关系，在国际交流中形成了良好的学术生态环境。

该课题组长期招聘具有材料、化学、物理、机械、电子等背景的本科生、硕士、博士后、特聘副研究员、特聘研究员和国内外访问学者来进行学习与研究。现有新型有机/无机半导体的合成制备、植物资源固废转化与应用、高性能纤维与气凝胶材料, 锂电池软包铝塑膜等方向的博士后需求。

课题组主页：

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https://www.x-mol.com/groups/zhou_jian

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邮箱：zhouj296@mail.sysu.edu.cn

微信：jameschow2018