氣凝膠具有低密度、高孔隙率和低熱導(dǎo)特性,在極端環(huán)境下的熱管理領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際應(yīng)用中,其需要具有可靈活設(shè)計(jì)的復(fù)雜幾何形狀,以適應(yīng)不同場(chǎng)景和領(lǐng)域需求的同時(shí),提高空間利用率并減少材料浪費(fèi)。3D 打印是一種以 “自下而上” 方式逐層累積材料的制造技術(shù),該技術(shù)為制備具有可控宏觀結(jié)構(gòu)的氣凝膠材料提供了新途徑。然而,在利用 3D 打印技術(shù)制備氣凝膠的過程中,可打印油墨在擠出和成型過程中易于發(fā)生變形和坍塌,不可避免地會(huì)部分犧牲氣凝膠的多孔微觀結(jié)構(gòu)。因此,通過3D打印技術(shù)制備具有高設(shè)計(jì)自由度和形狀保真度的氣凝膠,同時(shí)保持高多孔性和可定制的微觀結(jié)構(gòu),仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。
針對(duì)上述問題,江南大學(xué)劉天西教授和樊瑋教授團(tuán)隊(duì)提出了冷凍輔助墨水直寫(Freezing-Assisted Direct Ink Writing, FADIW)新策略,制備了具有可靈活設(shè)計(jì)微觀和宏觀結(jié)構(gòu)的定制化聚酰亞胺氣凝膠材料。FADIW策略一方面實(shí)現(xiàn)了可打印油墨的連續(xù)沉積和瞬態(tài)低溫誘導(dǎo)凝膠化,由此可快速且簡(jiǎn)便的構(gòu)建具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高形狀保真度的空間自由幾何形狀(線性收縮率小于10%)。另一方面,該策略通過控制打印基板溫度,實(shí)現(xiàn)了氣凝膠微觀孔結(jié)構(gòu)的可控調(diào)節(jié)(孔徑從70.9 ± 25.2 μm 降低至16.5 ± 3.3 μm)。由于具備多孔微觀結(jié)構(gòu)和定制化宏觀結(jié)構(gòu),所制備的聚酰亞胺氣凝膠展現(xiàn)出了優(yōu)異的隔熱性能,在便攜式電子產(chǎn)品的熱管理領(lǐng)域具有良好應(yīng)用前景。此外,F(xiàn)ADIW 策略具有普適性,基于多材料3D打印系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多材料一體化成型,制備了具有特定宏觀結(jié)構(gòu)和多組分集成的聚酰亞胺復(fù)合氣凝膠,拓寬了聚酰亞胺氣凝膠的應(yīng)用場(chǎng)景。相關(guān)工作以“Freezing-Assisted Direct Ink Writing of Customized Polyimide Aerogels with Controllable Micro- and Macro- Structures for Thermal Insulation”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。
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