原位共凝胶法制备PI/SiO2 复合气凝胶：实现热-声一体化绝缘的创新突破

针对航空领域轻量化设计与能耗污染问题，研究人员通过原位共凝胶策略开发了PI/SiO2 复合气凝胶。该材料兼具优异机械性能（杨氏模量480 kPa）、低热导率（37.86 mW m?1 K?1 ）和宽频吸声性能（NRC 0.636），为有机-无机杂化气凝胶设计提供了新范式。

　　

在航空航天、建筑和交通领域迅猛发展的今天，人类正面临噪声污染与能源损耗的双重挑战。传统绝缘材料往往顾此失彼——有机气凝胶（如聚酰亚胺PI）虽具优异机械性能，但耐热性不足（<300°C）；无机气凝胶（如SiO₂
）虽具卓越隔热和阻燃性，却存在易粉化、机械强度差的缺陷。这种"鱼与熊掌不可兼得"的困境，严重制约了高性能绝缘材料的应用。

为此，国内研究人员创新性地采用原位共凝胶与非定向冷冻技术，构建了PI/SiO₂
双网络复合气凝胶。该材料以PI为骨架提升力学性能，SiO₂
为填料增强功能特性，通过氢键实现两相协同。研究显示：该材料密度仅0.0373 g cm^?3
，却能在80%形变下承受1583 kPa压力；空气中热分解温度（T_d5%
）达528-532°C，60秒明火燃烧后仍保持结构完整；更突破性地在250-6300 Hz宽频段实现0.757平均吸声系数，较同类材料提升显著。这项发表于《Journal of Materials Science》的研究，为开发"一材多能"的先进绝缘材料开辟了新路径。

关键技术方法
研究团队通过四步核心工艺实现突破：1）同步制备聚酰胺酸盐水溶液（PAAS）与甲基三甲氧基硅烷（MTMS）水解液；2）采用两亲性交联剂实现PI与SiO₂
网络的原位共凝胶；3）非定向冷冻构建各向同性多孔结构；4）阶梯式热亚胺化固化三维网络。该方法避免了传统溶剂置换和表面改性步骤，工艺更环保高效。

研究结果

1. 材料设计与制备：通过MTMS水解液与PAAS的协同凝胶，形成PI为连续相、SiO₂
   为分散相的双网络结构。扫描电镜显示SiO₂
   纳米颗粒均匀嵌入PI骨架孔隙，比表面积达612 m²
   g^?1
   。

2. 力学性能突破：PI骨架的引入使复合气凝胶杨氏模量提升至480 kPa，压缩强度达1583 kPa，远超纯SiO₂
   气凝胶（<0.359 MPa）。这种"钢筋-混凝土"式结构解决了无机气凝胶脆性问题。

3. 热学性能优化：SiO₂
   相将热导率降至37.86 mW m^?1
   K^?1
   ，较纯PI气凝胶降低28%。热重分析显示材料在500°C以上才发生明显分解，满足航空材料耐高温需求。

4. 声学性能创新：4 cm厚样品在低频段（250-1000 Hz）吸声系数达0.68，突破传统多孔材料"低频失效"瓶颈。这种宽频吸声特性源于分级孔隙对声波的多重散射耗散。

结论与展望
该研究通过分子尺度设计实现了有机-无机气凝胶的性能互补：PI网络提供机械支撑，SiO₂
相赋予功能特性，氢键界面确保两相协同。其重要意义在于：1）为航空器轻量化设计提供兼具隔热降噪的集成解决方案；2）发展的原位共凝胶策略可拓展至其他杂化材料体系；3）非定向冷冻工艺易于规模化生产。未来研究可进一步探索材料在极端环境（如超低温、高湿度）下的性能演变规律，推动其在航天器舱体、高铁隔音罩等场景的应用落地。