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四川大學(xué)楊剛教授團(tuán)隊(duì) ACS AMI：受生物礦化啟發(fā)的限域生長(zhǎng)策略制備高性能聚酰亞胺氣凝膠
2024-01-11  來(lái)源：高分子科技

  生物礦化過(guò)程制備的生物礦物因特殊的分級(jí)結(jié)構(gòu)和組裝方式而具有獨(dú)特的理化性質(zhì)和生物功能。限制性反應(yīng)空間作為生物礦化過(guò)程的重要一環(huán)極大程度上決定了生物礦物分級(jí)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)。而通過(guò)模擬生物礦化過(guò)程，可設(shè)計(jì)合成更多具有特定結(jié)構(gòu)的材料。



  近期，四川大學(xué)楊剛教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種受生物礦化啟發(fā)的限域生長(zhǎng)策略用以制備高性能聚酰亞胺氣凝膠及其碳?xì)饽z。該策略首先搭建一次聚酰亞胺氣凝膠作為限域空間。再通過(guò)真空浸漬聚酰胺酸鹽溶液對(duì)限域空間進(jìn)行填充。最后聚酰胺酸鹽溶液在限域空間中合成二次氣凝膠制備出類(lèi)生物礦物的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)（圖1）。在氣凝膠制備過(guò)程通過(guò)超聲輔助冷凍干燥和不同的溶劑選擇對(duì)冰模版的形貌進(jìn)行調(diào)控進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)一次、二次氣凝膠孔道結(jié)構(gòu)的控制，制備出具有不同分級(jí)結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺氣凝膠及其碳?xì)饽z。所制備的限域聚酰亞胺氣凝膠由于平均孔徑較小，導(dǎo)熱路徑較長(zhǎng)而具有較低的氣相傳熱系數(shù)和固相傳熱系數(shù)，從而變現(xiàn)出優(yōu)異的隔熱性能（圖2）。其次，分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)提供了更豐富的導(dǎo)電路徑和異質(zhì)界面，從而增加了導(dǎo)電損耗、極化損耗和多重反射，進(jìn)而提高了氣凝膠的電磁屏蔽性能（圖3）。最后，限域骨架片層之間二次氣凝膠的填充為多孔結(jié)構(gòu)提供了更多的力學(xué)支撐，從而有效的提升了體系的力學(xué)性能（圖4）。該工作以“Biomineralization-Inspired Confined-Space Fabrication of Polyimide Aerogels” 為題發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。第一作者為四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院博士生肖航。四川大學(xué)楊剛教授和胡江淮副研究員為論文共同通訊作者。通訊單位為四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院、高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。 


圖1. 限域氣凝膠制備流程圖A:硅藻細(xì)胞壁的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)。B:密閉空間PI氣凝膠和PI衍生碳?xì)饽z合成示意圖。 


圖2. 限域氣凝膠隔熱性能演示AB：TGA結(jié)果。C：導(dǎo)熱常數(shù)結(jié)果。DE：熱態(tài)升溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果。F：同類(lèi)報(bào)道性能對(duì)比。G：樣品紅外圖像及測(cè)試保溫性能的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。 


圖3.限域碳?xì)饽z電磁屏蔽性能演示AB：限域碳?xì)饽z結(jié)構(gòu)表征。C：電導(dǎo)率結(jié)果。DEFG：限域碳?xì)饽z電磁屏蔽性能。H：同類(lèi)報(bào)道電磁屏蔽性能對(duì)比。I：電磁屏蔽機(jī)理示意圖。 


圖4. 限域氣凝膠力學(xué)性能表征演示A：限域氣凝膠壓縮回彈曲線。B：限域氣凝膠在不同壓縮應(yīng)變下的應(yīng)力。C：FD+UAFD樣品在不同應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。D：FD+UAFD在不同應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。E：同類(lèi)報(bào)道的力學(xué)性能對(duì)比。F：限域氣凝膠壓縮回彈性能演示。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c15696 


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

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