成果简介
本文，哈尔滨工程大学马宁教授团队在《Polym Adv Technol》期刊发表名为“Preparation of robust and light-weight anisotropic polyimide/graphene composite aerogels for strain sensors”的论文，研究报告了通过一种简单而环保的技术制备出的由聚酰亚胺和石墨烯（PI/G）组成的各向异性复合气凝胶。由聚氨基酸、石墨烯水分散体、三乙胺和水混合而成的聚氨酸铵盐/石墨烯分散体，用于单向冷冻、冷冻干燥和热亚胺化制备PI/G复合气凝胶。PI/G 气凝胶具有各向异性的机械性能、隔热性能和导电性能。
具有各向异性微结构的 PI/G 气凝胶沿轴向显示出显著的刚性和较高的压缩模量（52.7 兆帕），而沿径向则显示出良好的柔性和较低的模量（18.2兆帕）。此外，PI/G 气凝胶还具有各向异性的热导率（轴向：64 mW m-1 K-1；径向：55 mW m-1 K-1）。这些特性使 PI/G 气凝胶具有更广泛的潜在应用，尤其是应变传感器。本文介绍的研究为各向异性 PI/G 基复合气凝胶的生产确立了一种简单、环保的策略。
图文导读
图1、聚酰亚胺和石墨烯（PI/G）气凝胶的合成工艺、微观结构各向异性、机械各向异性和物理外观。
图2、石墨烯、PAS、PI和PI/G-n的形貌表征和化学结构
图3、石墨烯、PAS、PI 和 PI/G 的化学结构。
图4、PAS 和 PI 气凝胶的形态和孔径分布
图5、气凝胶的物理和机械特性
图6、PI/G 气凝胶的各向异性隔热性能。
图7、(A) 基于 PI/G-16 气凝胶的应变传感器对不同应用应变的多周期测试的电阻响应；基于 PI/G-16 气凝胶的应变传感器分别监测的 (B) 手指按压、(C) 手指弯曲和 (D) 手腕弯曲的电阻变化。
小结
总之，通过单向冷冻和热亚胺化工艺合成了一系列具有各向异性结构的 PI/G 复合气凝胶。利用石墨烯作为掺杂材料，增强了 PI 气凝胶的导电性，从而降低了密度（(42 mg cm−3）和收缩率（4%）。PI/G 气凝胶的各向异性微结构造就了其卓越的机械特性、隔热性和导电性。PI/G 气凝胶具有显著的机械特性，包括轴向的高刚性和抗压强度（24.4 MPa），以及良好的柔韧性、低抗压强度（7.2 MPa）和径向的可恢复压缩性。由于具有可恢复的可压缩性和阻力响应，PI/G 气凝胶在可穿戴应变传感器领域具有巨大潜力。此外，PI/G 气凝胶还具有出色的热稳定性（Td=560°C）和较低的热导率（轴向：64 mW m-1 K-1；自由基：55 mW m-1 K-1）。即使在高温条件下，PI/G 气凝胶的压缩强度仍然很高，150°C 时的压缩强度为 2.91 兆帕，300°C 时的压缩强度为 2.29 MPa。PI/G 复合气凝胶显示出卓越的综合特性，包括机械强度高、密度低、隔热性能好、高温稳定性和导电性能优异，是一种极具应用前景的材料。
文献：https://doi.org/10.1002/pat.6231
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