氣凝膠是由膠體粒子或聚合物相互聚集并交聯(lián)形成多孔網(wǎng)絡(luò)，并在其中充滿空氣作為分散介質(zhì)的一種新型輕質(zhì)固體材料。根據(jù)氣凝膠多孔網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)組成，氣凝膠可分為無(wú)機(jī)氣凝膠、有機(jī)氣凝膠和碳?xì)饽z。
高分子氣凝膠是指聚合物分子鏈之間通過(guò)共價(jià)鍵、氫鍵或范德華力相結(jié)合而形成的具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物。與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)氣凝膠相比，高分子氣凝膠材料具有種類繁多、原料豐富、力學(xué)性能良好等特點(diǎn)。
目前，高分子氣凝膠主要包括聚氨酯、納米纖維素、聚酰胺和聚酰亞胺氣凝膠等，其中聚酰亞胺氣凝膠有著優(yōu)異的綜合性能。結(jié)合聚酰亞胺和氣凝膠的優(yōu)異性能，聚酰亞胺氣凝膠可作為結(jié)構(gòu)功能一體化材料，在電子信息、航空航天、光電等前沿領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
聚酰亞胺氣凝膠的制備主要包括單體縮聚反應(yīng)，溶膠?凝膠過(guò)程，亞胺化和干燥等過(guò)程。首先，二元酐和二元胺單體進(jìn)行縮聚反應(yīng)得到前驅(qū)體聚酰胺酸 （ＰＡＡ）。將合成的聚酰胺酸與交聯(lián)劑復(fù)合溶解來(lái)制備溶膠，并經(jīng)溶膠?凝膠，亞胺化和干燥等過(guò)程，獲得聚酰亞胺氣凝膠。根據(jù)亞胺化的方式和干燥方式的不同，聚酰亞胺氣凝膠的制備工藝主要可分成兩種，即化學(xué)亞胺化?超臨界干燥法和冷凍干燥?熱亞胺化。
近年來(lái)，通過(guò)冷凍干燥?熱亞胺化的方法制備聚酰亞胺氣凝膠成為了新的發(fā)展趨勢(shì)。冷凍干燥?熱亞胺化方法是先需要在單體的縮聚反應(yīng)中加入助溶劑， 制備出水溶性的聚酰胺酸。水溶性聚酰胺酸與交聯(lián)劑復(fù)合并溶解于水中，經(jīng)溶膠?凝膠過(guò)程，冷凍干燥后得到聚酰胺酸氣凝膠，再熱亞胺化處理得到聚酰亞胺氣凝膠。
水溶性聚酰胺酸的合成路線
聚酰亞胺氣凝膠復(fù)合材料的制備通常是在單體聚合或溶膠?凝膠過(guò)程中加入功能納米材料，其中功能納米材料既可以作為化學(xué)／物理交聯(lián)劑，改善聚酰亞胺的體積收縮問(wèn)題，又可以為氣凝膠復(fù)合材料提供導(dǎo)電、導(dǎo)熱和電磁防護(hù)等其他功能特性。目前，已報(bào)道與聚酰亞胺氣凝膠復(fù)合的零維納米材料主要包括聚偏氟乙烯（ ＰＶＤＦ）、二氧化硅（ ＳｉＯ２ ）納米顆粒等。
聚酰亞胺氣凝膠的復(fù)合材料及其應(yīng)用的概況圖
作為一種新型高分子氣凝膠材料，聚酰亞胺氣凝膠及其復(fù)合材料因其高比表面積、高孔隙率和豐富的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，具有優(yōu)異的力學(xué)柔韌性， 保溫隔熱和耐輻射性能，使其在保溫隔熱、油水分離、壓力傳感和電磁防護(hù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
1.保溫隔熱
傳統(tǒng)的隔熱材料如石棉、玻璃纖維、聚苯乙烯泡沫都存在質(zhì)脆易碎，隔熱阻燃效果有限，節(jié)能減排效果不佳等問(wèn)題。聚酰亞胺氣凝膠復(fù)合材料因其高孔隙率、大比表面積、低表觀密度、高力學(xué)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，在保溫隔熱材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。
2.油水分離
隨著海上原油泄漏事故的頻繁發(fā)生以及工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中含油廢水的大量排放，水中油污染已經(jīng)成為危害人類健康及環(huán)境安全的重大問(wèn)題。在眾多的油水分離材料中，氣凝膠材料不僅可以快速吸附水體中的油污，還可以通過(guò)擠壓簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)油品的回收和吸附材料的重復(fù)利用。
3.壓力傳感
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隨著智能機(jī)器人、電子皮膚和可穿戴電子設(shè)備發(fā)展，開(kāi)發(fā)具有高靈敏度、快速響應(yīng)、響應(yīng)范圍寬等特點(diǎn)的高性能壓力傳感器成為研究熱點(diǎn)?；诮饘?、無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的壓阻式壓力傳感器因其較差的形變能力，難以滿足新型可穿戴電子產(chǎn)品的需求。開(kāi)發(fā)基于柔性高分子氣凝膠的新型壓阻式傳感器成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
4.電磁防護(hù)
聚酰亞胺氣凝膠是一種綜合性能優(yōu)異的三維多孔材料，兼具氣凝膠的高比表面積、高孔隙率與低熱導(dǎo)率等特性以及聚酰亞胺的高機(jī)械強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，其獨(dú)特的層狀堆積結(jié)構(gòu)有利于電磁波的多次反射和散射，有望運(yùn)用于電磁屏蔽領(lǐng)域。
來(lái)源：[1]朱明月,王梁,姜雨,李樂(lè),劉天西.聚酰亞胺氣凝膠及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].化學(xué)研究,2022,33(05):396-406.DOI:10.14002/j.hxya.2022.05.003.
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氣凝膠論壇）：聚酰亞胺氣凝膠及其復(fù)合材料