气凝胶具有低密度、高孔隙率和低热导特性，在极端环境下的热管理领域具有潜在应用价值。在实际应用中，其需要具有可灵活设计的复杂几何形状，以适应不同场景和领域需求的同时，提高空间利用率并减少材料浪费。3D 打印是一种以 “自下而上” 方式逐层累积材料的制造技术，该技术为制备具有可控宏观结构的气凝胶材料提供了新途径。然而，在利用 3D 打印技术制备气凝胶的过程中，可打印油墨在挤出和成型过程中易于发生变形和坍塌，不可避免地会部分牺牲气凝胶的多孔微观结构。因此，通过3D打印技术制备具有高设计自由度和形状保真度的气凝胶，同时保持高多孔性和可定制的微观结构，仍然是一个巨大挑战。
针对上述问题，江南大学刘天西教授和樊玮教授团队提出了冷冻辅助墨水直写（Freezing-Assisted Direct Ink Writing, FADIW）新策略，制备了具有可灵活设计微观和宏观结构的定制化聚酰亚胺气凝胶材料。FADIW策略一方面实现了可打印油墨的连续沉积和瞬态低温诱导凝胶化，由此可快速且简便的构建具有复杂结构和高形状保真度的空间自由几何形状（线性收缩率小于10%）。另一方面，该策略通过控制打印基板温度，实现了气凝胶微观孔结构的可控调节（孔径从70.9 ± 25.2 μm 降低至16.5 ± 3.3 μm）。由于具备多孔微观结构和定制化宏观结构，所制备的聚酰亚胺气凝胶展现出了优异的隔热性能，在便携式电子产品的热管理领域具有良好应用前景。此外，FADIW 策略具有普适性，基于多材料3D打印系统实现了多材料一体化成型，制备了具有特定宏观结构和多组分集成的聚酰亚胺复合气凝胶，拓宽了聚酰亚胺气凝胶的应用场景。相关工作以“Freezing-Assisted Direct Ink Writing of Customized Polyimide Aerogels with Controllable Micro- and Macro- Structures for Thermal Insulation”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。
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