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硫代氨基甲酸酯桥基聚倍半硅氧烷气凝胶隔热材料
气凝胶是一类具有低密度、高孔隙度、高比表面积的三维多孔材料，在催化剂载体、能量存储、油水分离、星际尘埃收集、高效隔热等领域都有重要应用。作为首例被报道的气凝胶，二氧化硅气凝胶由于其易调控的孔隙率和良好的隔热稳定性一直以来都是本领域的研究热点。但是纯二氧化硅气凝胶材料硬且脆，力学性能不佳，研究人员已经利用有机/无机复合改性的方法做出了多种尝试，并取得了一定的进展。相比于有机/无机材料复合方法而言，直接从硅烷分子改性出发，探索分子角度的复合体系，合成兼具柔顺性和力学强度的硅烷前驱体，不仅会简化材料的制备流程，而且可以大大提高材料整体的力学性能。
硫代氨基甲酸酯具有类似于聚氨酯的化学结构和优异的力学性能，其可通过巯基与异氰酸酯之间高效、快速、无副产物的化学反应制备而得。目前已有课题组报道了将硫代氨基甲酸酯结构应用到功能化表面及弹性体的制备中，但是将硫代氨基甲酸酯结构应用到气凝胶的制备中还未见文献报道。
近日，青岛科技大学李志波教授（点击查看介绍）课题组首次制备了强韧的、超疏水的可用作隔热材料的硫代氨基甲酸酯桥基聚倍半硅氧烷气凝胶，并与中科院工程热物理研究所唐大伟研究员（点击查看介绍）课题组合作，系统研究了分子结构对材料力学性能和隔热性能的影响。他们首先采用巯基-异氰酸酯反应制备出硫代氨基甲酸酯桥基倍半硅氧烷前驱体，再经溶胶-凝胶过程及真空干燥的简便方法得到了硫代氨基甲酸酯桥基聚倍半硅氧烷气凝胶。与传统二氧化硅气凝胶的制备相比，该方法无需繁琐的超临界流体干燥和表面后处理，即可得到柔性可压缩、表面超疏水的聚倍半硅氧烷气凝胶材料。
他们通过选用具有不同刚性的基团作为桥基，研究桥基刚性对气凝胶的形成及物理性质的影响。通过硫代氨基甲酸酯结构的引入，他们以简捷、高效的方法制备出低密度、高孔隙率、超疏水的具有优异力学性质的硫代氨基甲酸酯桥基聚倍半硅氧烷气凝胶。并且该类气凝胶的热导率低达0.018 W m-1 K-1，使其在隔热领域有重要的应用性。更为重要的是，该研究实现了在从分子水平调控气凝胶性质的可能性，可以通过变换桥基的性质，实现对气凝胶力学性能和隔热性质的调控。
该研究工作得到了国家自然科学基金委和国家重点基础研究发展计划的大力支持，相关研究成果在Journal of Materials Chemistry A杂志上报道。第一作者是博士生邹方鑫。
该论文作者为：Fangxin Zou, Peng Yue, Xinghua Zheng, Dawei Tang, Wenxin Fu, Zhibo Li
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TA/C6TA03531K
Robust and Superhydrophobic Thiourethane Bridged Polysilsesquioxane Aerogels as A Potential Thermal Insulation Material
J. Mater. Chem. A, 2016, 28, 10801-10805, DOI: 10.1039/C6TA03531K
导师介绍
李志波教授：http://www.x-mol.com/university/faculty/26736
唐大伟研究员：http://www.x-mol.com/university/faculty/26737