氣凝膠是目前已知的密度最低的合成材料之一,因其極小的表觀密度和熱導(dǎo)率,高的孔隙率和比表面積,引起了廣泛的關(guān)注。然而, 氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)和極低密度導(dǎo)致其力學(xué)強(qiáng)度差;此外,常用的超臨界干燥法制備程序繁雜、周期長(zhǎng)、產(chǎn)量低、成本高, 制約了氣凝膠的實(shí)際應(yīng)用。
在國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力支持下,中科院化學(xué)所高分子物理與化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員首次通過(guò)簡(jiǎn)便的真空干燥技術(shù)制備了彈性低密度有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化氣凝膠。
科研人員首先通過(guò)分子設(shè)計(jì),以巰基-雙鍵點(diǎn)擊反應(yīng)制備了含有硫醚鏈段的橋聯(lián)倍半硅氧烷前驅(qū)體,柔順的硫醚鏈段使得以該前軀體制備的濕凝膠具有良好的彈性,并可在室溫下直接真空干燥得到氣凝膠(如圖所示),極大地簡(jiǎn)化了氣凝膠的制備流程。經(jīng)真空干燥得到的氣凝膠完整保留了濕凝膠的初始尺寸,不僅具備傳統(tǒng)方法制備的氣凝膠的優(yōu)良特性,還具有良好的彈性,可在30%形變下反復(fù)壓縮多次而不產(chǎn)生永久變形;即使在乙醇或水溶液中再次浸泡、真空干燥,仍能夠保持結(jié)構(gòu)不變。這為通過(guò)簡(jiǎn)單的濕化學(xué)或物理浸漬方法對(duì)該氣凝膠骨架表面進(jìn)行功能化改性提供了可能,例如,將該氣凝膠浸泡在聚乙烯亞胺(PEI)水溶液中,干燥后可在氣凝膠骨架表面形成一層PEI涂層,得到二氧化碳吸附功能材料。
這種制備方法簡(jiǎn)便、性能優(yōu)異、易于表面功能化的氣凝膠材料對(duì)于拓展氣凝膠的實(shí)際應(yīng)用具有重要的意義。以上研究成果發(fā)表在Adv. Mater. 2013, 25, 4494-4497上。
真空干燥制備氣凝膠的示意圖(上);氣凝膠受靜電作用懸掛在燒杯下沿及其良好的彈性(下)。
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