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

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



  近期，四川大學(xué)楊剛教授團隊報道了一種受生物礦化啟發(fā)的限域生長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。再通過真空浸漬聚酰胺酸鹽溶液對限域空間進(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生物礦物的分級多孔結(jié)構(gòu)（圖1）。在氣凝膠制備過程通過超聲輔助冷凍干燥和不同的溶劑選擇對冰模版的形貌進(jìn)行調(diào)控進(jìn)而實現(xiàn)對一次、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、高分子材料工程國家重點實驗室。 


圖1. 限域氣凝膠制備流程圖A:硅藻細(xì)胞壁的分級多孔結(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)升溫實驗結(jié)果。F：同類報道性能對比。G：樣品紅外圖像及測試保溫性能的實驗裝置示意圖。 


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：同類報道電磁屏蔽性能對比。I：電磁屏蔽機理示意圖。 


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：同類報道的力學(xué)性能對比。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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