氣凝膠是由膠體粒子或聚合物相互聚集并交聯形成多孔網絡，并在其中充滿空氣作為分散介質的一種新型輕質固體材料。根據氣凝膠多孔網絡的化學組成，氣凝膠可分為無機氣凝膠、有機氣凝膠和碳氣凝膠。

高分子氣凝膠是指聚合物分子鏈之間通過共價鍵、氫鍵或范德華力相結合而形成的具有多孔網絡結構的有機化合物。與傳統的無機氣凝膠相比，高分子氣凝膠材料具有種類繁多、原料豐富、力學性能良好等特點。

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異的綜合性能。結合聚酰亞胺和氣凝膠的優異性能，聚酰亞胺氣凝膠可作為結構功能一體化材料，在電子信息、航空航天、光電等前沿領域均具有重要的應用價值。

聚酰亞胺氣凝膠的制備主要包括單體縮聚反應，溶膠?凝膠過程，亞胺化和干燥等過程。首先，二元酐和二元胺單體進行縮聚反應得到前驅體聚酰胺酸 （ＰＡＡ）。將合成的聚酰胺酸與交聯劑復合溶解來制備溶膠，并經溶膠?凝膠，亞胺化和干燥等過程，獲得聚酰亞胺氣凝膠。根據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，即化學亞胺化?超臨界干燥法和冷凍干燥?熱亞胺化。

近年來，通過冷凍干燥?熱亞胺化的方法制備聚酰亞胺氣凝膠成為了新的發展趨勢。冷凍干燥?熱亞胺化方法是先需要在單體的縮聚反應中加入助溶劑， 制備出水溶性的聚酰胺酸。水溶性聚酰胺酸與交聯劑復合并溶解于水中，經溶膠?凝膠過程，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

聚酰亞胺氣凝膠復合材料的制備通常是在單體聚合或溶膠?凝膠過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／物理交聯劑，改善聚酰亞胺的體積收縮問題，又可以為氣凝膠復合材料提供導電、導熱和電磁防護等其他功能特性。目前，已報道與聚酰亞胺氣凝膠復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合材料及其應用的概況圖

作為一種新型高分子氣凝膠材料，聚酰亞胺氣凝膠及其復合材料因其高比表面積、高孔隙率和豐富的結構可設計性等特點，具有優異的力學柔韌性， 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等領域具有廣闊的應用前景。

1.保溫隔熱

傳統的隔熱材料如石棉、玻璃纖維、聚苯乙烯泡沫都存在質脆易碎，隔熱阻燃效果有限，節能減排效果不佳等問題。聚酰亞胺氣凝膠復合材料因其高孔隙率、大比表面積、低表觀密度、高力學強度等優點，在保溫隔熱材料領域具有廣闊的應用潛力。

2.油水分離

隨著海上原油泄漏事故的頻繁發生以及工業生產過程中含油廢水的大量排放，水中油污染已經成為危害人類健康及環境安全的重大問題。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，還可以通過擠壓簡單地實現油品的回收和吸附材料的重復利用。

3.壓力傳感

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隨著智能機器人、電子皮膚和可穿戴電子設備發展，開發具有高靈敏度、快速響應、響應范圍寬等特點的高性能壓力傳感器成為研究熱點。基于金屬、無機半導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品的需求。開發基于柔性高分子氣凝膠的新型壓阻式傳感器成為當前的研究熱點。

4.電磁防護

聚酰亞胺氣凝膠是一種綜合性能優異的三維多孔材料，兼具氣凝膠的高比表面積、高孔隙率與低熱導率等特性以及聚酰亞胺的高機械強度、高熱穩定性等特點，其獨特的層狀堆積結構有利于電磁波的多次反射和散射，有望運用于電磁屏蔽領域。

來源：[1]朱明月,王梁,姜雨,李樂,劉天西.聚酰亞胺氣凝膠及其復合材料的研究進展[J].化學研究,2022,33(05):396-406.DOI:10.14002/j.hxya.2022.05.003.

原文始發于微信公眾號（艾邦氣凝膠論壇）：聚酰亞胺氣凝膠及其復合材料