CellPress細(xì)胞科學(xué)官方澎湃號(hào)12月15日訊：近日，北京航空航天大學(xué)秦國彤教授團(tuán)隊(duì)在Cell Press細(xì)胞出版社旗下期刊iScience上發(fā)表了題為“Facile synthesis of super-thermal insulating polyimide aerogel-like films”的文章，報(bào)道了簡單相分離且常溫常壓干燥條件下制備超級(jí)隔熱柔性多孔聚酰亞胺膜。通過改變凝固?。ㄋc乙醇）的組成，調(diào)控聚酰亞胺膜孔結(jié)構(gòu)，制備了具有均勻納米孔的超級(jí)隔熱柔性多孔聚酰亞胺膜，揭示了聚酰亞胺膜的隔熱性能及力學(xué)性能與孔結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。經(jīng)優(yōu)化，聚酰亞胺膜可同時(shí)獲得低導(dǎo)熱系數(shù)（0.019W m-1 K-1）和高抗拉伸強(qiáng)度（89.6MPa）。超級(jí)隔熱柔性多孔聚酰亞胺膜的成功制備將聚酰亞胺膜的應(yīng)用領(lǐng)域從海水淡化或氣體分離等領(lǐng)域擴(kuò)展到隔熱節(jié)能領(lǐng)域。
  能源危機(jī)是人類面臨的主要問題，節(jié)能是解決能源危機(jī)的重要手段。熱能損失占能量損失的比重較大，隔熱材料的發(fā)明和應(yīng)用可有效降低熱能損失。常規(guī)隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)在30到40W·m-1·K范圍內(nèi)。雖然聚酰亞胺膜在隔熱節(jié)能方面具有良好的應(yīng)用前景，但由于制備過程耗時(shí)及高壓工藝的安全問題，聚酰亞胺膜的應(yīng)用仍受限。
  面對(duì)這些問題，秦國彤團(tuán)隊(duì)通過簡單相分離法，在常溫常壓下制備了超級(jí)柔性多孔聚酰亞胺膜。這種制備方法避免了常規(guī)工藝中繁瑣的溶劑交換和超臨界干燥（或冷凍干燥）過程，所制得的聚酰亞胺膜同時(shí)具有超低導(dǎo)熱系數(shù)和高抗拉伸強(qiáng)度。
  聚酰亞胺膜的多孔結(jié)構(gòu)是在相分離過程中形成的，通過調(diào)控凝固浴的組成，可獲得具有不同厚度的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)或均勻納米孔結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺膜。當(dāng)使用純水作為凝固浴時(shí)，薄膜顯示出典型的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，包括致密的介孔皮層、微米級(jí)大孔和由均勻的納米孔構(gòu)成的大孔孔壁。在凝固浴中加入20w%乙醇，孔隙率降低，膜孔徑從幾十微米減少到數(shù)百納米，且孔間相互連接。隨著凝固浴中乙醇含量增加到40w%，大孔消失，薄膜變得對(duì)稱，孔間連通性降低。當(dāng)乙醇含量進(jìn)一步增加到70w%時(shí)，孔徑變小，孔間連通性減小，多為封閉孔。當(dāng)乙醇含量達(dá)到90w%時(shí)，孔道壁變厚且孔徑增大。
  含40w%乙醇的凝固浴中所制得的膜導(dǎo)熱系數(shù)最高（0.035W m-1 K-1），這可能與存在大孔或連接孔有關(guān)，大孔或連接孔加速了氣體對(duì)流熱傳導(dǎo)。含70w%乙醇的凝固浴中所制得的膜導(dǎo)熱系數(shù)最低（0.019 W m-1 K-1），這是因?yàn)槟た状蠖嗍欠忾]孔，有效降低了氣體對(duì)流熱傳導(dǎo)。由于膜孔均勻，導(dǎo)熱系數(shù)最低的膜同時(shí)也表現(xiàn)出較高的抗拉伸強(qiáng)度（89.6MPa）。
  通過調(diào)控凝固浴組成來調(diào)控膜孔結(jié)構(gòu)，在常溫常壓干燥條件下，獲得同時(shí)具有超低導(dǎo)熱系數(shù)和高抗拉伸強(qiáng)度的超級(jí)隔熱柔性聚酰亞胺膜。相關(guān)成果為隔熱聚合物膜制備提供了全新的方法思路，揭示了膜孔結(jié)構(gòu)與導(dǎo)熱系數(shù)及力學(xué)性能間的內(nèi)在聯(lián)系，為未來隔熱節(jié)能材料的制備與應(yīng)用提供了全新的解決方案。
  本論文完成人來自北京航空航天大學(xué)以及北京化工大學(xué)，第一作者為馬晶博士，主要通訊作者為秦國彤教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、中國博士后科學(xué)基金委科研項(xiàng)目的資助。