PI研究 ΙΙ 美国NASA：透明性聚酰亚胺气凝胶

关键词：聚酰亚胺；气凝胶；含氟聚合物；光学透明性；隔热性能；多因素分析；航空航天应用

光学透明性聚酰亚胺（PI）具有优异的综合性能，与其它光学聚合物材料相比，能够在更具挑战性的环境中发挥更明显的优势作用。PI气凝胶是一种高性能的多孔材料，具有轻质、良好隔热性能、低的介电常数等突出性能。为满足更先进高分子材料的应用需求，人们在尝试能否将光学透明PI与气凝胶结构结合，制备出具有良好透光率、颜色浅、高隔热且低收缩的韧性PI气凝胶。

近期，研究人员基于均苯二酐PMDA、含氟二酐6FDA与二甲基联苯二胺DMBZ进行共聚反应，并采用三酰氯BTC作为交联剂，成功制备了具有良好半透明性的PI气凝胶。其中，研究人员利用多变量的统计设计实验，对制备PI气凝胶的3个变量进行了系统比较研究，包括PI低聚物的重复单元数（n）、含氟二酐6FDA在总二酐的占比分数（0-50mol%）以及整体的聚合物溶液浓度（7-10wt%）。

研究结果表明，当PI主链结构中含氟二酐6FDA的分数为25mol%时，制备的PI气凝胶表现出高的光学透光率和低的雾度，并表现出较高的比表面积，这主要是由于气凝胶结构中的纳米孔更窄、孔径分布更均一。与此同时，用25mol%组分6FDA所制备的气凝胶也显示出较高的收缩率，导致其具有较高的密度和较低的孔隙率。

二酐6FDA含量：0、25%、50%

此外，研究还发现当聚合物骨架中含氟二酐6FDA用量增加时，气凝胶的模量、导热系数呈现降低趋势，而热分解温度则逐渐增大。由此可知，该系列PI气凝胶有望应用于同时要求高光学透明性和高热阻的场景，例如隔热窗格。未来的研究的重点将集中在如何保持良好热性能前提下，更有效地减少气凝胶的黄色问题，这将极大拓展PI气凝胶在众多光电、航空航天等领域的应用。

研究成果发表在国际学术期刊 ACS Applied Materials & Interfaces（2020，Published Online），第一作者和通讯作者为美国太空总署格林研究中心（NASA Glenn Research Center）的Stephanie L Vivod。

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