气凝胶作为超轻质、高孔隙率的纳米结构材料，在先进隔热与轻量化工程领域备受瞩目。传统无机气凝胶虽导热系数低、热稳定性优异，但脆性大，力学回弹差；有机气凝胶柔韧性较好，但热稳定性不足，难以适应高温环境。聚酰亚胺（PI）气凝胶兼具芳香族PI的高热稳定性、优异的机械强度与气凝胶材料的超低密度、低热导性，在航空航天、电磁通信等领域极具应用潜力。然而，传统PI气凝胶因高温处理工艺，在高温亚胺化（>300 ℃）过程中会产生显著的结构收缩，严重制约材料和组件的成型精度及在航空航天应用中的隔热和透波性能的提升。

为突破PI气凝胶高温亚胺化及收缩率大这一技术瓶颈，北京化工大学齐胜利教授、武德珍教授团队首次开发了一种噻嗪/咪唑原位共催化低温亚胺化策略，成功制备出近“零”收缩的聚酰亚胺（PI）气凝胶。该方法通过引入一种含有双氨基和噻嗪/咪唑基团的低温催化剂（2MZ-AZINE），其双氨基不仅能与聚酰胺酸（PAA）分子链构建交联网络，还可精准锚定催化基团实现高效的低温环化反应。该策略将PI气凝胶的亚胺化温度从传统的300 ℃以上显著降至200 ℃，使气凝胶的收缩率从30.63％大幅降至仅3.13％。所制备的气凝胶展现出超低密度（4.74 mg/cm3），超疏水性（静态水接触角152.7°）和低热导率（25.3 mW/m·K）。该材料还具有优异的隔热性能，在200 ℃高温和80 ℃湿热环境下能将气凝胶上表面温度分别控制在62.3 ℃和40.5 ℃，此外该材料在X波段（8-12 GHz）展现出接近空气的超低介电常数（1.003）和损耗正切值（8×10-4），展现出卓越的电磁透波性能，进一步拓展了其在航空航天领域的应用前景。

相关工作以“Nearly “zero” shrinkage polyimide aerogel enabled by thiazine/imidazole in-situ co-catalyzed low-temperature imidization strategy for thermal insulation and electromagnetic transparency”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。论文第一作者为北京化工大学博士研究生李闰月，北京化工大学材料科学与工程学院齐胜利教授为本论文的通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。

图1. 2MZ-AZINE-PI气凝胶的制备流程、宏观性能图像和微观结构表征

图2. 2MZ-AZINE和PAA的反应机理及低温催化机理模拟图

图3. 不同2MZ-AZINE含量的气凝胶在不同温度下的亚胺化程度和力学性能表征

图4. 2MZ-AZINE-PI纳米纤维的微观形貌和力学性能表征

图5. 2MZ-AZINE-PI气凝胶的物理性能表征

图6. 2MZ-AZINE-PI气凝胶的隔热性能表征

图7. 2MZ-AZINE-PI气凝胶的介电性能表征

结论：本研究基于噻嗪/咪唑原位共催化低温亚胺化策略，通过催化剂（2MZ-AZINE）的双氨基与聚酰胺酸（PAA）构建交联网络的同时将催化基团精准锚定在侧链上，实现高效的低温环化反应，有效解决了传统聚酰亚胺（PI）气凝胶高温亚胺化（>300 ℃）导致的结构收缩难题。200 ℃亚胺化成型的PI气凝胶的收缩率从30.63％大幅降至仅3.13％，展现出优异的综合性能：超低密度（4.74 mg/cm3），超疏水（水接触角152.7°），低热导率（25.3 mW/m·K），优异靠疲劳性能（500次压缩循环后无应力衰减）。同时凭借超低密度、高孔隙率和超疏水性，气凝胶在200 ℃高温和80 ℃湿热环境下展现出优异的隔热性能（上表面温度分别仅62.3 ℃和40.5 ℃）。此外，在X波段8-12 GHz下气凝胶的介电常数低至1.004，损耗正切值仅8×10-4，展现出接近空气的优异的透波性能。该研究为开发兼具热防护和电磁透波功能的高性能PI气凝胶提供了新思路，在航空航天领域保温隔膜和电磁透波等方面具有广阔的应用前景。

文献详情

Nearly “zero” shrinkage polyimide aerogel enabled by thiazine/imidazole in-situ co-catalyzed low-temperature imidization strategy for thermal insulation and electromagnetic transparency.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.174150