聚酰亚胺(polyimide,PI)是一种高性能工程聚合物，具有固有的高分解温度、良好的机械性能、耐化学性、低折射率和低介电常数。它们广泛应用于光电子、航空、电子、过滤和航空。为了引入高孔隙率，通常将聚酰亚胺的固体浓度控制在13wt.%以下，制备聚酰亚胺气凝胶（图1）。与目前市场上热捧的二氧化硅气凝胶相比（年占整个气凝胶市场份额的98%），聚酰亚胺气凝胶同样可以得到超低密度和热导率，并且拥有二氧化硅气凝胶不具备的超高力学性能和可加工性，并且没有纳米粉尘释放带来的健康问题。因此，聚酰亚胺气凝胶是继二氧化硅气凝胶之后的又一种倍受市场期待超级绝热材料。但尽管聚酰亚胺在高温下非常稳定，但其多孔形态在高温应用时，由于孔径的不稳定会导致体积收缩和结构坍塌。即使添加常用的纳米填料，例如纤维素纳米晶体或凹凸棒石等，当复合气凝胶的使用温度超过°C时，其孔结构仍然不稳定。
瑞士材料科学联邦实验室(Empa)赵善宇博士、WimJ.Malfait（通讯作者）和吴婷婷博士（共同一作）等通过将微米级二氧化硅气凝胶颗粒（4-20微米）掺入聚酰亚胺溶胶中，制备了耐高温、低收缩的异质聚酰亚胺-二氧化硅气凝胶复合材料。通过控制双相气凝胶的混合过程避免溶胶过度渗透，从而形成独特的异质结构聚酰亚胺-二氧化硅复合气凝胶材料。该复合材料具有高表面积、超低热导率、极低的介电常数和损耗，以及超疏水性和吸湿性低等特点，有利于在潮湿条件下保持超低介电常数。另外最显著的变化是负载二氧化硅气凝胶的聚酰亚胺复合材料在暴露于高温后显示出低体积收缩并保持高表面积。因此这种材料为极端环境的热管理和低介电应用提供了新的方案，在航空航天，电子元件等领域具有巨大的潜力。图1：（a）聚酰胺酸的聚合过程；（b）聚酰亚胺/二氧化硅复合气凝胶的制备过程；（c）二氧化硅气凝胶颗粒的氮气吸附-脱附曲线及孔径分布；（d）13C固体核磁谱图；（e-j）不同配方气凝胶的微观孔结构；（m-p）聚酰亚胺/二氧化硅复合气凝胶的CT图像。图2：纯聚酰亚胺气凝胶及聚酰亚胺/二氧化硅复合气凝胶的微观结构的热稳定性。图3：聚酰亚胺/二氧化硅复合气凝胶的低介电性能，不燃性和极低的吸水性。图4：聚酰亚胺/二氧化硅复合气凝胶的力学性能，热导率，热绝缘性能及高温下的尺寸稳定性。原文链接