聚酰亚胺(PI)纳米气凝胶具有丰富的化学结构、耐高温、高模量、超绝缘性和本征阻燃等特性，能够在温度达到600°C之前保持稳定，柔韧耐用，远远强于传统有机气凝胶。
根据加热后的形状，PI还可以分为热固性PI和热塑性PI(TPI)。TPI通常与柔性或线性链段一起引入单体结构中，例如砜基，醚键和间苯结构，改善PI的热塑性。TPI还具有优异的耐热性，耐腐蚀性，机械性能和较高的玻璃化转变温度，可以熔融加工并具有很高的生产效率。
两步合成法
一步合成法
其他方法
PI纳米气凝胶的其他合成方法还包括开环聚合以及使用降冰片烯二酐和二胺进行单体聚合。制备的PI纳米气凝胶由于双键热稳定性差，可在低于200 °C的温度下使用。三甲氧基硅烷也可以作为PI的侧基引入，通过三甲氧基硅烷的水解缩合反应制备PI纳米气凝胶，从而减少额外的亚胺化。PI纳米气凝胶开环聚合和三甲氧基硅烷侧基辅助交联PI纳米气凝胶的合成路线示意图如下。
原料选择
自2006年以来，PI纳米气凝胶得到了广泛的研究。来自美国宇航局格伦研究中心的Meador是PI纳米气凝胶的代表研究人员之一。Meador对PI纳米气凝胶进行了多次研究，发现了一种综合性能优异的原料改良组合。2012年，Meador等利用各种常见的二酐和二胺制备PI纳米气凝胶，还研究了PI纳米气凝胶的物理、力学、热学和介电性能。从以下SEM图中观察到的微观形貌可以看出，使用不同原料制备的PI纳米气凝胶具有独特的性能。
ODA和DMBZ通常结合使用，以达到优异的PI纳米气凝胶性能。实验结果表明，50%ODA加50%DMBZ制备的PI纳米气凝胶性能优于纯DMBZ或ODA(如下图a)。当聚合度为25时，双苯胺-对二甲苯可以制备柔性PI纳米气凝胶，可用作充气结构中的隔热层。在混合二胺的情况下，刚性和柔韧性的比是一个值得探索的问题，低成本、低风险因素、高性能一直是我们的追求。下图(a)100%ODA和50%ODA+50%DMBZ的PI气凝胶薄膜浸入水中并在常温下干燥后的性能;(b)聚合度为25时的OAPS交联PI纳米气凝胶;(c)充气热保护系统。
参数因子
改进方法
隔热阻燃材料 介电防潮材料 通过选择原料或引入基团可以合成具有极低介电常数的PI纳米气凝胶。其作为微芯片贴片天线的衬底材料，与传统衬底材料相比，射频损耗更低，阻抗匹配更好，频段更宽，效率更高。由于其低介电常数和损耗，还可以在电子通信和全球定位系统(GPS)中实现快速信号传输和低信号串扰。PI纳米气凝胶可以降低集成电路中导线之间的漏电流和电容效应以及电路发热，还可用于电磁辐射领域例如汽车保险杠、雷达和无线路由器的防撞探测器。 隔音吸声材料 PI气凝胶材料还具有低声阻抗的特点，而且无论是在高频(5000Hz以上)波段还是低频(3000Hz以下)波段都具有明显吸声效果，因此 在隔音吸音领域也占有一席之地，例如潜艇的声阻隔系统，房屋的隔音墙降噪墙以及道路降噪装置等。 其他方面应用 PI纳米气凝胶还可以用作电绝缘层来涂覆碳纳米管，以减轻传统铜线的重量而不会破坏其导电性。在吸附方面，PI纳米气凝胶在高温或强酸等极端环境下具有稳定的力学性能和吸附功能，对有机污染物和油脂的吸附能力达到自身质量的30-195倍，远高于其他有机吸附剂。PI纳米气凝胶在海洋和其他生态环境保护中具有可观的应用前景，这是因其低成本、高效率和可重复使用。PI纳米气凝胶作为有机催化剂载体，具有优异的力学性能、热稳定性和低介电常数。可以克服无机载体在生物相容性和机械性能方面的局限性，结构修饰后可与酶共价交联。考虑到PI纳米气凝胶的纳米级孔隙结构，其可用于提高摩擦纳米发电机的能量输出，具有良好的能量收集和传感应用性能。
- 参考文献 -
[2]刘婷, 刘源, 王晓栋, 沈军, 张泽, 习爽, 刘群. 聚酰亚胺气凝胶材料的制备及其应用[J]. 工程科学学报, 2020, 42(01): 39-47.
原文始发于微信公众号（艾邦气凝胶论坛）：聚酰亚胺(PI)纳米气凝胶的研究进展和应用现状
