DOI: 10.1016/j.cej.2021.129341

轻质高柔性气凝胶的实验制备一直是一个长期的挑战，这限制了它们在柔性热防护中的实际应用。在本工作中，研究者设计的聚酰亚胺（PI）纳米纤维交联聚酰亚胺气凝胶膜可实现高柔性、强大的力学性能和高效的隔热性能。通过充分利用PI纳米纤维与PI气凝胶分子链之间良好的化学相容性和强大的界面结合强度，PI气凝胶膜实现了从脆性到高柔性的重大转变。结果表明，PI纳米纤维的加入起到了明显的增强、增韧作用。PI纳米纤维交联PI气凝胶膜具有0.168g/cm3的低密度和0.0279W/mK的低热导率。此外，20wt％PI纳米纤维交联PI气凝胶膜显示出2.95MPa的高拉伸强度，而纯PI气凝胶的拉伸强度仅为0.27MPa。综上所述，本研究所制备的PI气凝胶膜具有优良的高温柔性热防护性能，在现代科技、军事和航空航天等领域具有广阔的应用前景。

图1.（a）PI纳米纤维交联PI气凝胶膜的制备过程示意图。（b-c）20wt％PI纳米纤维交联PI气凝胶膜的柔性测试。

图2.（a）纯PI气凝胶、PI纳米纤维和柔性PI纳米纤维交联PI气凝胶膜的FTIR。（b-c）纯PI气凝胶、PI纳米纤维和柔性20wt％PI纳米纤维交联PI气凝胶膜的TGA和DSC曲线。

图3.柔性PI纳米纤维交联PI气凝胶膜的微观结构。（a）纯PI气凝胶的微观结构，插图：纯PI气凝胶显示出明显的脆性，（b）PI纳米纤维交联PI气凝胶膜的微观结构，插图：PI纳米纤维交联PI气凝胶膜显示出较高的柔性，（c）将PI纳米纤维嵌入PI气凝胶基质中。

图4.（a）柔性PI纳米纤维交联PI气凝胶膜的交联示意图。（b）在PI纳米纤维拉出过程中，PI纳米纤维与PI气凝胶基质之间的界面变形。（c-d）PI纳米纤维与PI分子链之间的牢固界面结合。

图5.柔性PI纳米纤维交联PI气凝胶膜的性能。（a）PI气凝胶膜的收缩率和孔隙率。（b）PI气凝胶膜的导热性和密度。（c）PI气凝胶膜的压缩应力-应变曲线。（d）PI气凝胶膜的拉伸应力-应变曲线。（e）柔性20wt％PI纳米纤维交联PI气凝胶膜在室温和高温下的拉伸强度比较。（f）1000次折叠和展开测试后PI气凝胶膜的拉伸性能比较（折叠角约为180°）。

图6.柔性20wt％PI纳米纤维交联PI气凝胶膜的隔热性能。（a-b）PI气凝胶膜不同层（1、2、3、4层）的隔热性能。（c）将气凝胶复合材料（厚度为15mm）置于300℃的加热板上30s、5min、10min的隔热性能。（d）在室温下对PI气凝胶膜进行柔性绝缘测试。（e）在高温下对PI气凝胶膜进行柔性绝缘测试。