中科院化学所在气凝胶领域取得新进展

真空干燥制备气凝胶的示意图(上);气凝胶受静电作用悬挂在烧杯下沿及其良好的弹性(下)

气凝胶是目前已知的密度最低的合成材料之一,因其极小的表观密度和热导率,高的孔隙率和比表面积,引起了广泛的关注。然而, 气凝胶的多孔结构和极低密度导致其力学强度差;此外,常用的超临界干燥法制备程序繁杂、周期长、产量低、成本高, 制约了气凝胶的实际应用。 

在国家科技部、国家自然科学基金委的大力支持下,中科院化学所高分子物理与化学国家重点实验室的科研人员首次通过简便的真空干燥技术制备了弹性低密度有机-无机杂化气凝胶。 

科研人员首先通过分子设计,以巯基-双键点击反应制备了含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷前驱体,柔顺的硫醚链段使得以该前躯体制备的湿凝胶具有良好的弹性,并可在室温下直接真空干燥得到气凝胶(如图所示),极大地简化了气凝胶的制备流程。经真空干燥得到的气凝胶完整保留了湿凝胶的初始尺寸,不仅具备传统方法制备的气凝胶的优良特性,还具有良好的弹性,可在30%形变下反复压缩多次而不产生永久变形;即使在乙醇或水溶液中再次浸泡、真空干燥,仍能够保持结构不变。这为通过简单的湿化学或物理浸渍方法对该气凝胶骨架表面进行功能化改性提供了可能,例如,将该气凝胶浸泡在聚乙烯亚胺(PEI)水溶液中,干燥后可在气凝胶骨架表面形成一层PEI涂层,得到二氧化碳吸附功能材料。 

这种制备方法简便、性能优异、易于表面功能化的气凝胶材料对于拓展气凝胶的实际应用具有重要的意义。以上研究成果发表在Adv. Mater. 2013, 25, 4494-4497

来源:中科院化学所