Page 117 - 《精细化工》2021年第11期

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第 11 期 陈 康，等: PIPD/Cu 纳米纤维气凝胶的制备及性能 ·2263·

纤维含量高于 1%后，PIPD 纳米纤维气凝胶出现不
同程度的收缩，PIPD 纤维含量越大，气凝胶的收缩
越严重。这是由于 PIPD 纤维含量较高时，PIPD 分
子间距离变小，即使调整去质子剂的比例，凝胶速
度也会变快，导致湿凝胶的皮层结构非常致密，在
后期的溶剂交换过程中，残余的 MSA 难以被交换出
来，使冷冻干燥过程存在毛细管张力，造成气凝胶
的收缩。
表 2 为不同 PIPD 含量的气凝胶的物理特性参数。

表 2 PIPD 纳米纤维气凝胶密度、相应的孔隙率和横向
收缩率

图 5 PIPD 原纤（a）、混酸剥离过程中的 PIPD 纤维（b） Table 2 PIPD nanofiber aerogels density, corresponding
porosity and lateral shrinkage
及剥离后 PIPD 纳米纤维膜（c）的 SEM 图， PIPD
PIPD 纤维 密度/
纳米纤维直径分布（d） 孔隙率/% 横向收缩率/%
3
含量/% (mg/cm )
Fig. 5 SEM images of PIPD fiber (a), PIPD fiber during mixed-
acid peeling (b) and PIPD nanofiber membrane after 0.25 6.9±0.2 99.6±0.02 29.92±0.15
peeling (c), diameter distribution of PIPD nanofiber (d) 0.50 8.9±0.6 99.5±0.05 24.00±0.12

0.75 14.7±0.8 99.2±0.06 22.92±0.11
1.00 15.2±1.1 99.1±0.06 17.42±0.10

由表 2 可以看出，随着 PIPD 纤维含量的增加，
PIPD 纳米纤维气凝胶的密度不断增加。当 PIPD 纤维
含量为 0.25%时，PIPD 纳米纤维气凝胶的密度为
3
6.9 mg/cm ；当 PIPD 纤维含量增加至 1%时，PIPD
3
纳米纤维气凝胶的密度增加到 15.2 mg/cm 。与此同
时，其横向收缩率却从 29.92%降低至 17.42%，但
是其孔隙率仍高于 99%。综上所述，PIPD 纳米纤维
气凝胶随着 PIPD 纤维含量的提高，密度逐渐增加，
图 6 PIPD 纳米纤维气凝胶 SEM 图
Fig. 6 SEM images of PIPD nanofiber aerogels 但是仍然保持了气凝胶高孔隙率的特点。下文表征
如未说明，均为 PIPD 含量为 0.5%的样品。
2.5 反应条件的考察
2.5.2 惰性气氛高温处理对 PIPD 纳米纤维气凝胶
2.5.1 PIPD 纤维含量对 PIPD 纳米纤维气凝胶的影响 的影响
图 7 是不同 PIPD 纤维含量的 PIPD 纳米纤维气
研究过程中发现只通过冷冻干燥制备的 PIPD
凝胶的光学照片。 纳米纤维气凝胶力学性能较差，而经过高温处理后，

其弹性大大提高。这主要是因为 PIPD 纳米纤维片
通过惰性氛围高温处理后，部分开环的咪唑基发生
闭环。
采用 XPS 对惰性高温处理前后 PIPD 纳米纤维
气凝胶进行了表征，见图 8。由惰性高温处理前后
PIPD 纳米纤维气凝胶的 C 1s 高分辨谱图（图 8a）
可见，高温处理前 PIPD 纳米纤维气凝胶谱图可拟

图 7 不同 PIPD 纤维含量的 PIPD 纳米纤维气凝胶的光 合为 5 种键，分别为 284.9 eV 处的 C—C 键、285.6
学照片 eV 处的 C—N 键、288.8 eV 处的 C==O—N 键、286.1
Fig. 7 Optical photos of PIPD nanofiber aerogels with eV 处的 C—O 键、286.7 eV 处的 C==N 键，而高温
different PIPD fiber content
处理后的 PIPD 纳米纤维气凝胶信号峰拟合后未发
由图 7 可见，当 PIPD 纤维含量较低（不高于 现 288.8 eV 处的 C==O—N 键。
1%）时，气凝胶外观完整，结构紧凑不松散。当 PIPD 由图 8b N 1s 的高分辨谱图可知，高温处理前的