摘要

近日，科研人员展示了一种简便的芳纶涂层芳纶（ACoA）方法来制造用于隔热的全芳纶气凝胶复合薄膜。该方法从自下而上合成聚合诱导的对位芳纶纳米纤维（PANF）开始，通过真空辅助过滤和冷冻干燥技术很容易将其转化为气凝胶薄膜。然后，将通过低温溶液缩聚制备的杂环芳纶（HA）溶液作为涂层应用于PANF气凝胶薄膜上，简单地实现了HA/PANF气凝胶复合薄膜，HA有助于致密且连续的表层。块状 HA 薄膜具有优于 PANF 薄膜的机械和热性能。此外，通过渗透的 HA 与 PANF 网络的互穿，在最外表面下方形成了可靠的界面联锁结构。综合结果是 HA/PANF 气凝胶可折叠薄膜的抗拉强度提高了 15 倍，断裂韧性提高了 33 倍，热分解温度高，并且具有额外的柔韧性。表面大孔的封闭极大地抑制了表面粉化和高吸水率。然而，复合材料内部微小孔隙的存在保持了足够低的导热率水平，不仅可以在空气中而且在潮湿甚至液体条件下提供有效的高温保护，这表明隔热材料具有更广泛的应用。

介绍

新兴的气凝胶概念在隔热和环保轻质材料的设计中越来越有吸引力。新兴的气凝胶概念为该领域带来了曙光。在极低密度、高孔隙率和大比表面积的有利特性的鼓舞下，从最初的二氧化硅到无所不包的有机气凝胶，已经报道了不同种类的气凝胶材料。其中，芳族酰胺（aramid）和聚酰亚胺等高性能聚合物的气凝胶因其基体的高比强度、模量和热稳定性而备受关注。挑战在于此类聚合物的加工困难。在聚对苯二甲胺 (PPTA) 上可以看到一个具有代表性的样品，它是著名的凯夫拉尔纤维的原材料，只能通过浓 H2SO4 介导的液晶纺丝来生产。

这一突破出现在 2011 年，当时 Kotov 和他的同事报告了在 DMSO/KOH 系统中通过 Kevlar 纤维的化学去质子化制备芳纶纳米纤维 (ANF)。以化学去质子化方法制备的ANF为基础，构建PPTA气凝胶成为可能。例如，张等人。通过对刀片涂布流延的 ANF-in-DMSO 薄膜进行溶胶-凝胶处理，构建了 ANF 水凝胶薄膜。然后，通过冷冻干燥去除水凝胶薄膜中的水分后，获得了抗拉强度为1.2 MPa的Kevlar气凝胶薄膜，用于红外隐身。进一步制备了抗张强度高达 8.6 MPa 的致密 ANF 气凝胶膜，用作容纳相变流体的多孔框架。

图 1. (a) 通过 PPD 和 APBZ 与 TPC 的低温溶液缩聚合成 HA 共聚物。(b) 从 PANF 气凝胶膜制备 HA/PANF 气凝胶复合膜。比例尺：2 厘米。HA/PANF气凝胶复合膜中HA溶液浓度和HA含量对（c）密度、（d）孔隙率和（e）体积收缩率的影响。

相关论文以题为The Aramid-Coating-on-Aramid Strategy toward Strong, Tough, and Foldable Polymer Aerogel Films发表在《ACS Nano》上。通讯作者是北京化工大学邱藤副研究员，清华大学庹新林副教授。

参考文献：

doi.org/10.1021/acsnano.2c04572