聚合物基气凝胶具有优异的综合性能，在众多领域有着广泛应用。在聚合物基气凝胶的制备策略中，冷冻干燥法是一种简单、绿色且低成本的方法。然而，与典型的超临界干燥法相比，通过冷冻干燥法制备的聚合物基气凝胶往往具有较差的力学性能，例如低强度、低抗疲劳性。



近期，研究人员基于冷冻干燥方法采用一种新颖的双交联策略，制备了具有3D交叉式蜂窝状结构的聚酰亚胺/还原氧化石墨烯/钴（PI/rGO/Co）韧性气凝胶。该双交联策略分别源自石墨烯氧化物（GO片）的氢键和Co离子的配位相互作用。




研究结果表明，将rGO的氢键和Co离子的配位结合在一起，可形成桥联键相互作用，热处理后保留了一种有效的相互交叉式蜂窝状结构。该PI/rGO/Co气凝胶具有优异的抗压强度和优异的拉伸抗力，压缩模量为0.506MPa，拉伸试验弹性模量提高了43%；在50%压缩应变下1000次循环后，气凝胶的高度保持率为82.3%。



对PI/rGO/Co气凝胶进一步采用化学气相沉积法进行疏水改性，表面接触角可高达146.1o，表现出优异的疏水性能，可作为一种高效的油水分离材料。因该气凝胶具有良好的力学性能，因而可与真空泵配套应用于于油污的大规模处理。




此外，该PI气凝胶具有良好的耐热稳定性、隔热性能且难以被点燃的性能，25℃和100℃下的导热系数很低，分别为0.040W/m·K和0.046W/m·K，可广泛应用于建筑和蒸汽管道中的隔热材料。



研究结果证实，交叉式蜂窝状结构是实现PI/rGO/Co气凝胶低密度、柔性、高模量和高抗疲劳性的关键。该研究采用的双交联策略为制备具有良好力学性能的功能性聚酰亚胺气凝胶提供了思路，推动了绿色、低成本冷冻干燥方法在气凝胶制备中的应用。



研究成果发表在国际学术期刊 Chem. Eng. J.（2020，381，122784），第一作者和通讯作者分别为复旦大学的X.H. Zhang和B. You。


本文为聚酰亚胺科技 原创