PI研究：聚酰亚胺；气凝胶；多孔材料；冷冻干燥；热酰亚胺化；微观结构；低密度；超疏水
气凝胶是一种具有高孔隙率、低密度和低导热率的多孔材料，聚酰亚胺（PI）由于其出色的热稳定性、高机械强度和高玻璃化转变温度，已成为最有希望的高性能气凝胶材料之一，在许多领域具有广泛应用前景。制备PI气凝胶的主要方法包括超临界CO2干燥（SCD）法和冷冻干燥（FD）法，大多数研究倾向于使用前种方法，即先将聚酰胺酸（PAA）溶液化学酰亚胺化为PI凝胶，然后将PI凝胶与丙酮进行溶剂交换并经SCD法形成PI气凝胶。然而，该方法中溶剂交换过程非常耗时，并需要大量的有机溶剂。
近期，研究人员开发了一种利用高凝固点和高蒸汽压的特殊溶剂，经冷冻干燥来制备可控多孔PI气凝胶的方法，与以往方法相比该制备方法简便、省时且成本低。具体过程为：首先使用二氧六环（Diox）和叔丁醇（TBA）作为溶剂合成PAA溶液，然后进行冷冻干燥并进行热处理以制备PI气凝胶。
由于Diox具有较高的凝固点（11.8℃）和蒸汽压（5.33kPa/25.2℃），因而适合用作冷冻干燥的溶剂，并且比水干燥的速度更快。研究人员在Diox或Diox/TBA溶剂中合成了由含氟二酐6FDA和二胺4,4′-ODA合成的PAA溶液，之后通过冷冻干燥（-20℃）以除去PAA溶液中的溶剂得到PAA气凝胶，再经热酰亚胺化（最高温度250℃），最终获得具有可控微观结构的PI气凝胶。
研究发现，该类PI气凝胶具有低的密度（0.151~0.172g/cm3），良好的机械性能、热稳定性和超疏水性等特性。气凝胶的压缩模量为16.73~56.4MPa，其中PI-4具有最高的压缩模量；气凝胶的尺寸收缩率为18.95%~22.40%，热分解温度在525℃左右；随着混合溶剂中TBA体积分数的提高，气凝胶对水的接触角逐渐增大至150o左右，而对油相（氯仿类）的接触角近似为0o。
该方法避免了费时繁琐的化学亚胺化、预处理过程中的溶剂交换等步骤，也无需制备聚酰胺酸盐等类似前体沉淀物。所制备的PI气凝胶显示出独特的微观结构，并且通过改变溶剂的组成（TBA体积分数0,10,20,30,40%）可成功调节气凝胶的微观结构。该方法为高性能PI气凝胶的制备提供了更有效简便的思路，在许多恶劣环境下有潜在应用前景，例如高温下吸附有机溶剂或油水分离。
SEM: (a)PI-0; (b)PI-1; (c) PI-2; (d) PI-3; (e)PI-4.
研究成果发表在国际学术期刊 Materials Letters （2020，267：127558），第一作者和通讯作者分别为四川大学的M.Y. Liu和J.Q. Qin。
文献DOI: 10.1016/j.matlet.2020.127558
