航空航天中遇到的深低温对航天器和相关设备中的弹性材料的性能提出了重大挑战。目前报道的弹性碳气凝胶或陶瓷气凝胶克服了传统弹性聚合物的低温脆性。然而，复杂的制造工艺和高昂的成本极大地限制了其应用。
有鉴于此，复旦大学沈剑锋教授和叶明新教授等人，基于可扩展且低成本的定向二甲基亚砜晶体辅助冷冻凝胶化和冷冻干燥策略，实现了共价交联聚酰亚胺(PI)气凝胶在深低温下的超弹性。
本文要点
1）以DMSO为溶剂，采用化学亚胺化工艺，以TAB为交联剂，在定向冷冻凝胶过程中，通过体积排除效应实现原位化学交联，然后进行冷冻干燥获得具有共价交联结构的PI弹性气凝胶。采用DMSO为溶剂是获得共价交联结构PI气凝胶的关键。
2）制备的PI气凝胶具有低的体积收缩率（3.1%）、低密度（6.1 mg/cm3）以及高达99.57%的孔隙率。结合有限元模拟进行模具设计，控制定向冷冻凝胶过程中的温度分布，使得制备的PI气凝胶具有放射状的内部形貌，表现出具有负泊松比的结构特性。
3）得益于共价交联的化学结构、高孔隙率和负泊松比的结构特性，PI气凝胶具有良好的压缩回弹性，即使在99%的极限压缩应变下，仍然能完全回弹。而且这种压缩回弹性在高温573 K、77 K低温， 4 K的超低温条件下，以及ΔT=569 K （4 K到573 K）热冲击后，都能够得以保。
总之，该工作为构建在深低温下具有超弹性的聚合物基材料提供了一条新途径，在航天探索中显示了广泛的应用前景。
参考文献：
Cheng, Y., Zhang, X., Qin, Y. et al. Super-elasticity at 4 K of covalently crosslinked polyimide aerogels with negative Poisson’s ratio. Nat Commun 12, 4092 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-24388-y
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24388-y
