SiO2增强复合气凝胶的制备及其热机械性能优化研究

本文推荐：作者通过冰模板法将气相SiO2（fumed SiO2）、明胶（GA）和聚酰亚胺（PI）复合制备三元气凝胶，显著提升了材料的热机械性能（导热系数低至0.02864 W/(m·K)）。研究揭示了SiO2含量与冷冻速率对材料微观结构和性能的调控机制，为工程隔热材料开发提供了新思路。

　　

Highlight

材料

气相SiO₂（fumed SiO₂）和明胶（GA）购自镇江德威化学有限公司；戊二醛购自上海默锐生物科技有限公司；4,4′-二氨基二苯醚（ODA）购自上海阿拉丁生化科技；N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）和三乙胺（TEA）购自江苏辰同生物科技；均苯四甲酸酐（PDMA）购自镇江龙达化学试剂包装有限公司；实验用水为去离子水。

形貌与密度表征

图2展示了复合气凝胶的宏观形貌及密度变化趋势。由于聚酰亚胺（PI）的存在，所有样品均呈现黄色表面，且无显著宏观孔洞结构。这归因于明胶的极性基团与PI的-NH₂基团通过戊二醛交联形成致密网络，而气相SiO₂表面的硅羟基（-SiOH）进一步强化了界面结合。

结论

本研究通过添加气相SiO₂显著提升了GA/PI复合气凝胶的热机械性能：当SiO₂添加量为2.4 g时，导热系数降至0.02864 W/(m·K)；50%应变下抗压强度达1.39 MPa，75%应变时超过3.50 MPa；800°C热处理后残重保持39.34%。冷冻速率调控使气凝胶微观结构更均匀，为工程隔热应用提供了优化方案。