聚酰亚胺气凝胶制备、性能及应用进展

宋梓豪，王宏鑫，杜博宇，段秋阳，卢晶虹，江颖辉，崔升，3

（1 南京工业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 211800；2 江苏先进无机功能复合材料协同创新中心，江苏 南京 211816；3 宿迁市南京工业大学新材料研究院，江苏 宿迁 223800）

聚酰亚胺（PI）分子链中具有独特的酰亚胺环和酰亚胺杂环结构，因此PI 材料拥有多种优良的性能，例如高力学强度、低介电常数，同时耐化学性和耐温性都非常优异，是近年来高性能工程材料的研究热点。气凝胶是一种多孔纳米材料，由于其孔结构均一且孔隙率高，气凝胶拥有许多独特的宏观特点，如超低的热导率和密度、高比表面积等，从而在保温隔热、催化载体、化学吸附和电气等方面有良好的应用。而PI 气凝胶作为两种高性能材料的结合体，拥有两种材料各自的特点。PI气凝胶最早在美国Aspen公司的一篇专利中报道，其具有良好的力学性能，同时相较于其他有机气凝胶拥有更好的耐热性，此外还有PI自身带来的特殊性质，如优异的绝缘性等，因此PI 气凝胶引起研究人员的广泛关注，其处于聚合物气凝胶研究的热点方向，在航空航天、高端兵器等领域拥有广大的应用前景。

本文从PI 气凝胶的制备原理、性能与应用等方面展开了系统性的论述，总结了目前可成功制备PI 气凝胶的方法，并对PI 气凝胶在未来的应用发展进行了展望，同时也为初入PI 气凝胶领域的研究人员提供参考。

1 制备方法

PI 气凝胶的主要制备步骤包括湿凝胶形成和干燥。最初制备PI 气凝胶是通过杜邦二步法，先由二酐和二胺获得前体聚酰胺酸，通过分子链之间的相互作用形成凝胶网络，再通过加热或者化学反应实现分子内脱水闭环生成聚酰亚胺，但是这种方法制备的PI 气凝胶往往具有较大的收缩率。后续研究发现，加入交联剂形成凝胶网络，并以过量的乙酸酐和吡啶作为脱水剂和催化剂实现酰亚胺化，可以有效地提高PI 气凝胶的力学强度并降低其收缩率。除此之外，也出现了一些其他合成路径。

1.1 二酐与二胺缩合反应

交联剂的作用是使聚酰胺酸分子链形成三维网络结构，从而抑制分子链间的滑移以及分子链的收缩，能够有效减小湿凝胶在干燥过程中的表面张力，并且增强结构强度，获得性能更好的PI 气凝胶。二胺和二酐反应制备PI 气凝胶首先是二胺与二酐发生亲核取代反应得到PI 气凝胶前体——聚酰胺酸（PAA）。根据下一步反应原理不同可分为两种途径：一是在非极性溶液中形成聚酰胺酸盐（PAAS）溶液，再经过与脱水剂接触、热亚胺化、冷冻干燥等步骤制备出PI 气凝胶；二是在有机溶液的环境中加入化学交联剂，发生亚胺化反应形成酰亚胺环，然后再经过一系列老化、置换、干燥处理后得到PI气凝胶。利用此方法经CO超临界干燥制备下的PI 气凝胶孔径分布范围在11～20nm，且其比表面积最高可达953m/g，而经冷冻干燥所得的PI 气凝胶孔径分布范围在几微米到几百微米不等。

1.1.1 有机溶剂环境交联

二胺和二酐合成的聚酰胺酸低聚物大多具有10～60个重复单元并以二酐或二胺为末端封端，其中目前已被报道的酐封端低聚物的交联剂主要包括多胺基，如1,3,5-三(4-氨苯基)苯、八氨基苯基笼形倍半硅氧烷（OAPS）、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯（TAB）等。胺封端低聚物的交联剂有1,3,5-苯三甲酰氯（BTC）、六亚甲基二异氰酸酯三聚体和聚马来酸酐等。除化学交联剂以外，官能团化的结构同样可以起到交联剂的作用。Zhang 等将酰胺化改性的氨基化多壁碳纳米管（MWCNTs-NH） 作 为 交 联 剂， 制 备 了PI/MWCNTs-NH系列气凝胶。MWCNTs-NH中的氨基被证实能与PAA 的末端酸酐基团发生反应，起到化学交联剂的作用。

然而，PI 气凝胶的性质更多地取决于聚酰亚胺齐聚物的主链结构和形状因子，而不是交联剂，因此二胺和二酐仍旧是研究的重点。如Guo等以低成本的脂肪族二胺DADD（1,12-十二烷基二胺）代替部分芳香族二胺DMBZ（3,3'-二甲基联苯胺），以混合二胺为原料，此方法增强了气凝胶主链结构的柔韧性，所制样品的柔韧性有较大提高。

为了进一步结合不同二胺或二酐单体的特性，Ghaffari Mosanenzadeh 等将两种二胺单体1,4-苯二胺（PPDA）、4,4'-二氨基二苯醚（ODA）与两种二酐单体均苯四甲酸二酐（PMDA）、4,4'-联苯四甲酸二酐（BPDA）进行亚胺化反应制备了三种双主链PI 气凝胶，获得了从颗粒团簇到细纤维等多种形态的双主链气凝胶。其中PPDA-PMDA 和ODABPDA 溶胶-凝胶混合后制备的双主链PI 气凝胶具有非常低热导率[0.0197W/(m·K)]，分解温度为566℃，密度为0.068g/cm，压缩模量为1.64MPa，具有取代现有隔热材料的巨大潜力。

1.1.2 极性溶剂环境交联

聚酰胺酸对水和大多数有机溶剂都是惰性的，但是用三乙胺（TEA）封盖的聚酰胺酸可溶于水制备出PAAS溶液，PAAS溶液在完成溶胶-凝胶转变后，通过冷冻干燥法使凝胶脱水能够得到PI 气凝胶。

Pei等以4,4'-氧双邻苯二甲酸酐（ODPA）或BPDA 为二酐单体，ODA 或PPDA 为二胺单体，在有机溶剂二甲基乙酰胺（DMAC）环境中形成了PAAS 溶液，将PAAS 溶液在丙酮中沉淀，洗涤干燥后得到固态水溶性PI前体PAAS固体。调节固态PI 前体在PAAS 水溶液中的固含量为1%～6%，凝胶、冷冻干燥后，制备了一系列PI 气凝胶，探究了分子骨架特性、PAAS 溶液固含量、冷冻干燥过程中的冷冻速率对PI 气凝胶微观结构、成型收缩率和压缩回弹率的影响。除了上述影响因素之外，彭黎莹等采用了三种不同二酐、二胺体系研究冻干溶剂叔丁醇（TBA）/水的比例的影响，结果表明气凝胶孔洞尺寸随叔丁醇质量分数的增加先缩小后增大，当叔丁醇质量分数为20%与水形成共晶体时，达到最小值5μm。

在PAAS水溶液固含量对PI气凝胶结构和性能产生影响的基础上，Yuan 等以不同固含量的PAAS 水溶液作为前体，采用逐层组装和径向冷冻法制备了具有梯度密度和孔径的PI气凝胶（图1）。梯度PI 气凝胶在径向上呈现蜂窝状的孔结构，界面区域由沿轴向排列的管状孔组成，在密度梯度方向具有良好的压缩弹性。

图1 逐层组装梯度PI气凝胶示意图[25]

经交联剂交联冷冻干燥制备的PI气凝胶通常表现出比不经交联剂交联冷冻干燥制备的PI气凝胶更好的性能，如热导率降低、力学性能提升等，尤其是冷冻过程中形成的大冰晶会导致微孔尺寸较大，造成机械性能的损失。Simón-Herrero 等通过BPDA和ODA反应合成PAA中间体，在此基础上加入三(4-氨基苯基)胺（TAPA）形成TAPA-PAA中间体，将两种中间体沉淀干燥后溶解于TEA-水溶液中，制备了PAA/TEA 和TAPA-PAA/TEA 水溶液。经冷冻干燥后，在真空条件下加热进行热亚胺化，分别合成了线型PI气凝胶和交联型PI气凝胶。与线型PI 气凝胶相比，交联型PI 气凝胶的热导率下降10%，并且交联PI气凝胶具有更好的力学性能（杨氏模量增加34%）和更高的玻璃化转变温度。

1.2 异氰酸酯法

二酐与异氰酸酯生成酰亚胺的反应是制备聚酰亚胺材料的重要方法，此方法的显著优点为极性溶剂中能够在较温和的条件下发生反应，副产物只有CO，且CO具有成孔剂的作用，但此方法在制备PI气凝胶方面的研究较少。利用此方法经CO超临界干燥制备的PI 气凝胶孔径为50nm 以上的大孔，比表面积在300～400m/g之间。

2010 年， Chidambareswarapattar 等利 用PMDA 和二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯（MDI）的反应在室温下制备了整体PI气凝胶（PI-ISOs），也通过二酐/二胺路线用PMDA 与4,4-亚甲基二苯胺（MDA）制备了PI 气凝胶（PI-AMNs），两种气凝胶具有相同的化学成分和相似的结晶度（30%～45%），主要区别在于PI-AMNs 是颗粒状的，而PI-ISOs 是纤维状的，如图2 所示。总的来说，利用异氰酸酯和二酐反应制备PI 气凝胶的方法有以下优势：①该反应是一个低温过程，即使在室温下也能产生聚酰亚胺；②不需要牺牲脱水剂（乙酸酐/吡啶）来诱导凝胶化；③二氧化碳是唯一的副产物；④易于获得抗压强度高、密度较大、比表面积较大的气凝胶；⑤PI-ISOs 比相应的PI-AMN 收缩率更小。

图2 两种方法制备的PI气凝胶的扫描电镜图[27]

2013 年，Chidambareswarapattar 等再 次 报 道了通过二酐与三异氰酸酯反应合成了整体多尺度纳米多孔PI 气凝胶的方法。单体能够按规定的比例发生亚胺化反应并且完全结合，符合预期超支化生长模型，如图3所示。以此路线合成的PI气凝胶表现出了更高的微孔体积和比表面积。

图3 以异氰酸酯为中心的超支化PI生长机理[28]

1.3 开环易位聚合法

开环易位聚合法（ROMP，如图4 所示）是一种链式增长聚合过程，其中环状烯烃的混合物转化为聚合材料，并且当单体转化为聚合物时，与单体有关的不饱和度守恒。ROMP 反应通常是可逆的，考虑到反应平衡、温度等方面的要求，一般需要特殊的易位聚合催化剂。在此种方法基础上，利用CO超临界干燥可获得孔径范围在20～33nm、比表面积在210～632m/g 以内的PI 气凝胶。

图4 开环易位聚合反应的一般实例[29]

Leventis等以纳迪克酸酐与4,4-亚甲基二苯胺的脱水缩合产物降冰片烯端盖二亚胺（bis-NAD）为原料，第二代格拉布催化剂GC-Ⅱ为催化剂（如图5），通过开环易位聚合法制备了bis-NAD衍生的PI 气凝胶。并且通过改变溶胶中bis-NAD 的浓度，使得密度变化范围在0.13～0.66g/cm。

图5 开环易位聚合bis-NAD[30]

2 应用领域

2.1 隔热材料

在世界范围内，隔热在提高能源效率和降低能源消耗的领域起着重要作用。气凝胶作为一种典型的隔热材料，近年来成为隔热领域研究的热点。气凝胶具有纳米多孔结构，通常表现出低密度、高孔隙率和低热导率的特性。但是普通的气凝胶在高温环境下的稳定性较差，力学性不强，因此在实际应用中限制较多。众所周知，PI 气凝胶具有优异的力学性能和高温稳定性，在高温环境下的隔热运用中有广阔的前景，因而在近些年来备受关注。

Zhang 等采用双向冷冻技术制备了一种基于PI 和细菌纤维素的轻质双向各向异性气凝胶（b-PI/BC）。该气凝胶具有高孔隙率（97.7%）、低密度（0.046g/cm）、低热导率[0.023W/(m·K)]。Zhu 等将轻质多孔玻璃纤维用作增强相，制备了玻璃纤维增强PI 气凝胶复合材料（如图6 所示）。所合成气凝胶的骨架结构显示出更加优良的机械性能和热性能，具有低密度（0.143～0.177g/cm）、高抗压强度以及优异的热稳定性和低导热率[室温下为0.023～0.029W/(m·K)]的特点，适合用于航空航天应用的轻质、耐热、高强度材料。

图6 玻璃纤维增强PI气凝胶复合材料合成过程[33]

在最近的研究中，Wei 等采用一锅式冷冻干燥和热亚胺化反应合成了无机SiO纳米粒子交联PI气凝胶，如图7所示。该气凝胶具有较小的收缩率（<20%）和有序的蜂窝状多孔结构，热导率低至0.0218W/(m·K)。更重要的是，PI/SiO气凝胶的热导率仅随温度的升高而略有增加，热导率仍低于0.035W/(m·K)。

图7 PI/SiO2气凝胶被塑造成DHU的字母形状[34]

此外，Hou 等利用静电纺丝的制备方法制备出密度和形状可调的连续PI 纤维气凝胶，该气凝胶具有吸附能力强、机械稳定性好、工作温度范围宽、可重复使用性好、超弹性温度不变等优点，是一种很有前途的隔热、减水和生态保护材料。在纳米复合PI 气凝胶方面，Zhang 等以正硅酸四乙酯为硅源制备了具有分层多孔结构的SiO/PI 纳米复合气凝胶。所制备的SiO/PI-n 气凝胶在25℃下显示出低的热导率[0.0311～0.0416W/(m·K)]。随着外界温度从25℃升至300℃，该气凝胶的热导率从0.0311W/(m·K)增至0.0585W/(m·K)，在高温下仍有较强的耐热性。

通过上述这些制备方法得到的PI 气凝胶都具有低热导率、密度小且硬度较高的特点。而这些极其适用于航空航天、高速运载工具这一类需要在高温环境下工作且要求重量轻的行业，例如，PI 气凝胶可应用于制备运载火箭和卫星返回舱的隔热层。同时PI 也可用于能源行业，如发电站里运输高温水蒸气管道的隔热层，减少能量损耗。同时通过上述文献发现，制备的PI 气凝都是要与其他材料交联制备的复合气凝胶，因此还存在制备工艺复杂、生产成本较高的问题。

2.2 抗辐射材料

PI 气凝胶，由于其较好的绝缘性能和机械耐用性以及重量轻和耐化学辐射等优良特性，被广泛应用于航天器工业。PI 气凝胶暴露在高能电子、质子和紫外线光子下，考虑其超高孔隙率的纳米有机PI骨架在电磁干扰（EMI）辐射环境下的稳定性，在受质子辐照后，其光吸收增加，而比热容随质子通量呈线性下降，并且由拉曼光谱显示PI 气凝胶受损区域中发生化学键的裂解和炭化。同时有研究表明PI 材料受到空间环境的破坏，电导会发生变化，并且随着电子曝光辐射的增加，PI的电导率呈数量级增加。

Yu 等将PAA 和TEA 与水混合形成PAA 铵盐溶液，同时加入石墨烯形成分散体。然后，分别经过定向冷冻、冷冻干燥、热亚胺化过程得到了具有定向孔结构的PI/石墨烯复合气凝胶，如图8所示。该过程中使用的定向冷冻法是通过乙醇和干冰对分散体溶液进行单向水浴法冷冻并干燥。制备的各向异性的PI气凝胶，其防电磁干扰（EMI）辐射效率高达26.1～28.8dB，且当石墨烯质量分数达13%时，其电磁干扰屏蔽（EMISE）值为1373～1518 dB/(cm·g)。

图8 PI/石墨烯复合气凝胶制备示意图[43]

另外，吴斌等在由芳香族二酐和芳香族二胺聚合成的溶胶中，复合了质量分数为0.01%～20%的红外辐射阻断剂，经老化、超临界干燥得到具有抗红外辐射特性PI气凝胶。同时，Cherkashina等对PI复合材料的研究表明，BiSiO作为PI复合材料聚合物基体的填充剂会显著改善了PI 复合材料的高防辐射性能。尤其在70% （质量分数）BiSiO含量下其复合材料的有效电子范围缩小一半，同时其弹性模量提高近4 倍，抗弯强度达74MPa。由此对PI气凝胶制备的改进提供思路。

2.3 疏水性材料

如今，PI 气凝胶作为功能材料在一些方面取得了不小的成就。由于气凝胶的孔径小、比表面积高且与外界连通的特性，当其结构中含有亲水基团时往往很容易吸收水分，存在着疏水性问题。PI气凝胶所含极性基团较多，很容易吸收水分使得其介电性能有所下降，从而限制了其在微电子和航空航天等领域的应用。PI 的吸水性主要和聚合物的化学和形态结构有关，其化学结构为水分子提供附着位点，形态结构则影响水分子的扩散。因此，研究气凝胶的疏水性能对它的应用领域有极大的延展。一些科学家们通过不同的方法对PI 气凝胶进行改性，从而增大了疏水角，进一步提高了它的疏水性能。

Li等通过保形涂层法制备了一种水下性能良好的超疏水PI 气凝胶（图9），最终得到的含氟涂层的F-PI 气凝胶，在增大压强下疏水角度仍然稳定在156°。

图9 F-PI耐水气凝胶的保形涂层方法[48]

Qiao 等通过交联的方法用ODA 替代2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐（6FAPB）制备得到PI 气凝胶，吸水率低至9.5%制备出有良好耐湿性能的气凝胶，其吸水率低至9.5%，力学性能也有所改善，断裂伸长率从39.7%提高到了64.7%。Guo 等依据硅氧烷具有极好的疏水能力，通过与OAPS交联的方法合成PI气凝胶。这种气凝胶不但在疏水方面的性能有所提高，也具备良好的柔顺性和稳定的强度。利用同样的原理，厉旭等通过将聚二甲基硅氧烷与三甲氧基硅烷共同引入PI 结构中，聚二甲基硅烷的加入，同一时间内，接触角减小的速度变慢，即吸收速度慢且吸水性差。Zhang 等以PMDA 和ODA 为原料，利用氟元素极强的电负性，使烯丙基五氟苯（APFB）通过等离子体聚合的方法聚合在气凝胶的表面，形成粗糙、高疏水角的超疏水表面，其前进角为174°，后退角为135°。Wu 等在温和的条件下，通过溶胶-凝胶的方法制备得到的PI气凝胶，轻质且具有优良的机械性能，在空气中表现出良好热稳定性，尤其是高温下6FDA的加入使吸水率由原先的4.3%降到了2.1%，且疏水角由104.5°增加到了126.5°，这使得它可用作隔热材料。

Li等通过聚4,4'-(4,4'-异丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)---苯二胺与聚联苯-3,3',3,4'-四羧酸二酐--2,2'-二甲基联苯胺的分离自组装工艺制备出了超疏水性PI气凝胶，其接触角达到150°，气凝胶表现出了水滴不能润湿表面且易滚动的莲花效应。再者，Li等还通过对密度诱导亲水-疏水转变的方法，以DMBZ-BPDA和4,4'-氧二苯胺-BPDA为原料制备了各种衍生的疏水性PI 气凝胶。高的孔隙率和良好的热敏性，使PI 气凝胶在过滤材料方面有比较大的前景。Yang等通过静电纺丝和冷冻干燥技术制备了超疏水可压缩聚偏氟乙烯/聚酰亚胺（PVDF/PI）纳米纤维复合气凝胶，PVDF 纳米纤维和PI 纳米纤维分别作为疏水纤维骨架和机械支撑骨架，形成坚固的三维框架，具有良好的机械柔性。PVDF/PI 气凝胶具有明显的超疏水特性（水接触角为152°）和低的热导率[0.031W/(m·K)]。即使在100%的相对湿度下（80℃），PVDF/PI 气凝胶的热导率仅为0.0486W/(m·K)，优于大多数商用保温材料，这种新型PVDF/PI气凝胶在高温潮湿环境下具有良好的应用前景

2.4 油水分离材料

由于受污染的海水、工业含油废水以及频繁发生的溢油事故造成的环境污染日益严重，油水混合物的分离已成为一个迫切需要解决的普遍问题。为了快速、有效地消除溢油所造成的环境污染，人们提出了利用具有多功能、低密度、高孔隙率特性的三维块状气凝胶进行溢油修复，如有机硅胶气凝胶、聚合物海绵、纳米管气凝胶等。但因为上述这几种气凝胶对恶劣环境如高温的环境承受能力较差，因此虽然其具有优异的吸附分离能力，但在实际的处理中这些气凝胶不是很实用。众所周知，具有优异热稳定性和优异吸附性的PI 气凝胶具有高达440℃的耐高温性和-200～300℃的长期使用温度范围。因此PI气凝胶在高温等恶劣环境下可用于油水分离，具有广阔的应用空间。

在最近的研究中，Wang 等采用冷冻干燥的方法设计并制备了能够减少气凝胶在制备过程中收缩倾向的PI 气凝胶，如图10 所示。该气凝胶的水接触角最高可达145°，具有很强的疏水性。将油滴置于PI 气凝胶表面后迅速扩散，整个过程仅在0.68s内完成，具有优异的油水分离能力。

图10 PI气凝胶的制备工艺[57]

此外，Wang 等通过冷冻干燥PAA/MXene（过渡金属碳化物/氮化物）悬浮液和热酰亚胺化，构建了坚固、轻巧、疏水的PI/MXene 3D体系结构。基于PI 大分子链与MXene 纳米片之间的强相互作用，形成了低密度、高孔隙率和疏水性的PI/MXene气凝胶。该气凝胶具有相互连接、高度多孔且疏水性的结构，具有低密度（密度为0.023g/cm）、高温热稳定性强（失重1%和5%时的温度分别为409℃和554℃）的特点。在实验中PI/MXene气凝胶作为强吸附剂分离水中的大豆油，气凝胶表面的油流量约为4540L/(m·h)，分离效率为95.4%。同时该气凝胶具有极强的回收能力，经过50次压缩-释放循环后，混合气凝胶可以完全弹回其原始高度，显示出超弹性和出色的抗疲劳能力。它还对各种其他有机液体表现出惊人的吸收能力，其吸收能力为其自身质量的18～58倍。

在复合的PI气凝胶的研究中，Ren等通过将PI 前体引入氧化石墨烯分散体中来制造轻质、疏水和多孔的PI-GA 纳米复合气凝胶材料，得到的复合PI 气凝胶具有低密度、高吸附性的特点，如图11所示。

图11 疏水和多孔的PI-GA纳米复合气凝胶材料

在测试中表明PI-GA 纳米复合气凝胶对多种油和有机溶剂的吸收能力的范围为22.94～37.44g/g（最大吸附量为自身质量的37.44 倍）。在重复的吸收-挤压循环中，PI-GA 纳米复合气凝胶的吸油量仍然保持稳定（≥34g/g），在可回收去除油脂和有机溶剂方面显示出巨大的潜在应用前景。

2.5 过滤材料

颗粒物（PM）污染对人体健康危害严重，如何有效地去除PM是当今的一个重要课题。聚酰亚胺气凝胶由于其高孔隙率和纳米孔结构，在纳米颗粒过滤等领域具有很高的应用潜力。然而，如何控制气凝胶的形貌以达到对其性能的调整仍然是一个挑战。

Zhai 等选择-甲基吡咯烷酮（NMP）或二甲基甲酰胺（DMF）作为溶剂调节中孔和大孔含量，制备了对25～150nm 纳米颗粒具有较高的纳米粒过滤效率（>99.95%），且空气透过率约为10m的PI气凝胶。而Qiao等则采用相分离法将聚偏氟乙烯（PVDF）引入交联PI 的三维网络结构中，形成三维蜂窝结构，如图12所示。并且增加PVDF的固含量也能调整气凝胶的孔结构，从而大大提高气凝胶样品的透气性，其中PVDF以纳米粒子的形式填充在PI网络结构中，有效地阻止超细颗粒通过，气凝胶的过滤效率因此显著提高，对PM和PM的过滤效率可达99.8%以上。

图12 PI/PVDF复合气凝胶[61]

因为PPDA-PMDA 体系制备的PI 气凝胶具有结构上的自交联特性，Mosanenzadeh 等通过改变交联剂BTC 的物质的量分数，精确地控制气凝胶的形貌，定制不同的纳米结构组装。得到的孔径可以减小到3.5nm，透气性能够提高200%以上。

除了上述改变主链化学结构、交联剂类型和含量、溶剂材料等策略外，Qian等还利用PI纳米纤维作为构建基块，通过冷冻干燥和热诱导交联制备了PI 气凝胶（PINFAs）。在PM质量浓度大于200μg/m的条件下，以0.25m/s的速度运行22h，过滤效率仍在99.9%以上，这证明PINFAs 长期过滤效率良好。同时较低压降和较高的热稳定性也使得PINFAs 气凝胶在呼吸面具和高温工业气体和汽车尾气的过滤等方面具有较大应用潜力。此外，Mosanenzadeh 等首次提出了在溶胶-凝胶转变的初始凝胶化阶段通过干扰分子间作用力来裁剪气凝胶纳米结构组件的新思路，主要步骤是将热塑性聚氨酯（TPU）聚合物链引入PI低聚物溶液中。

3 结语

聚酰亚胺气凝胶的制备主要还是通过二酐与二胺基团缩合反应的方法，其他制备方法研究较少，此外，其制备方法还包括酸酐基团缩合反应、降冰片烯基团开环聚合等。聚酰亚胺气凝胶作为最具潜力的有机气凝胶之一，其已在隔热、抗辐射、油水分离、过滤等领域具有广泛的应用。目前，致力于解决聚酰亚胺气凝胶收缩率大、易吸湿导致结构坍塌、环境耐受性能差等研究虽取得了一定的成果，但是对于开发有效和经济的交联剂和制备策略以及解决大量有机溶剂的使用问题仍是今后聚酰亚胺气凝胶研究的工作重点。

聚酰亚胺气凝胶在提高能源效率、降低能源消耗、屏蔽电磁干扰辐射、适应恶劣环境下的保冷、隔热、吸附性能等方向可作为一种前瞻性的材料。此外，聚酰亚胺气凝胶或将以薄膜、纤维甚至微球的存在形式在热管理、柔性可穿戴、红外隐身、航空航天等军民两用领域得到快速的发展及广泛的应用。