同济大学祖国庆《Chem. Mater. 》：透明柔性三网络气凝胶超级隔热材料

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气凝胶通常是采用溶胶-凝胶方法结合特殊的干燥工艺制备得到的多孔材料。由于其独特的结构，气凝胶在保温隔热、吸附、分离、储能、催化等领域具有良好的应用前景。其中，氧化硅气凝胶由于具有透明、高比表面积、和低热导率等优异的性能而得到了广泛的研究。然而，氧化硅气凝胶机械强度低，脆性大，并且通常由耗能的超临界干燥获得，这严重影响了其实际应用。

采用传统的有机-无机复合方法，在氧化硅中引入有机聚合物，可改善气凝胶的柔性，但通常降低了其透明度、孔隙率、比表面积以及隔热性能。一种简便有效的改善气凝胶机械强度的方法是以有机烷氧基硅烷为前驱体合成聚有机倍半硅氧烷气凝胶。其中，聚甲基倍半硅氧烷气凝胶具有良好的透明度、弹性和隔热性能，并且可通过常压干燥制备得到，相比其他气凝胶具有独特的优势。然而，透明聚甲基倍半硅氧烷气凝胶的弯曲柔性较差，其实际应用仍受到限制。

针对聚甲基倍半硅氧烷气凝胶存在的上述问题，同济大学祖国庆助理教授采用自由基聚合/水解共缩聚策略，经低成本常压干燥过程，获得了基于聚乙烯-聚（二甲基硅氧烷）/聚甲基倍半硅氧烷的透明柔性三网络气凝胶。该方法显著改善了聚甲基倍半硅氧烷气凝胶的弯曲柔性，并保持了其透明性和超级隔热性能。

图1.透明柔性聚有机硅氧烷基三网络气凝胶的结构示意图及柔性。

该聚有机硅氧烷基三网络气凝胶由相互交联的碳氢聚合物、聚（二甲基硅氧烷）和聚甲基倍半硅氧烷构成，并且其结构高度可调。聚乙烯-聚（二甲基硅氧烷）含量较低的三网络气凝胶具有小的孔径（2-80 nm）、良好的透明度、高比表面积（500-550 m² g⁻¹）、超疏水（与水的接触角大于150°）、超弹性、良好的可弯曲性和超级隔热性能（热导率低至0.0148 W m⁻¹ K⁻¹）（图1）；聚乙烯-聚（二甲基硅氧烷）含量较高的三网络气凝胶具有大的孔径（100nm-3μm）、超疏水（与水的接触角约为160°）、良好的可弯曲性和有机溶剂的选择性吸收性能（图2）。另外，在该三网络气凝胶中引入氧化石墨烯可获得柔性超疏水聚乙烯-聚（二甲基硅氧烷）/聚甲基倍半硅氧烷/氧化石墨烯复合气凝胶。利用该复合气凝胶可实现三组分的水/油/染料混合物的高效分离。该工作为柔性气凝胶基超级隔热、吸附/吸收和分离材料的研究提供了新的思路。

图2.柔性聚乙烯-聚（二甲基硅氧烷）/聚甲基倍半硅氧烷/氧化石墨烯复合气凝胶的结构示意图及柔性和吸附性能。

以上成果发表在Chemistry of Materials（Chem. Mater. DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b04877）上。论文通讯作者为同济大学祖国庆助理教授，共同通讯作者为同济大学王晓栋副教授。该工作得到了国家重点研发计划、上海市浦江人才计划、日本JSPS等项目的资助。

论文链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b04877

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