近日，我校材料與化學化工學院湯龍程教授團隊基于有機硅分子交聯(lián)/反應機制，利用苯基位阻效應，提出一種輕質隔熱、泡孔結構可調硅橡膠泡沫材料的制備新思路,，相關研究成果以題為“Large-scale and Facile Fabrication of Phenyl-containing Silicone Foam Materials with Lightweight, Wide-temperature Flexibility and Tunable Pore Structure for Exceptional Thermal Insulation”發(fā)表在國際知名期刊Chemical Engineering Journal（IF=15.1）。

建筑保溫材料的應用是節(jié)能的重要手段之一,。傳統(tǒng)碳基保溫泡沫材料遇到高溫結構不穩(wěn)定,，易坍塌，存在安全隱患,，而硅基多孔泡沫材料由于具有鍵能較高的Si-O-Si鍵而具有優(yōu)異的耐熱性能,，在高溫下結構穩(wěn)定，且化學發(fā)泡法制備過程綠色簡便,，可實現(xiàn)大尺度制備,。然而，以往的聚二甲基硅氧烷（PDMS）泡沫體系中乙烯基的反應活性較高,，往往在極短的時間內（2 min）完成反應,，形成堅固的網(wǎng)絡結構，限制氣泡的生長,，導致泡沫較高的的表觀密度（＞200 mg cm-3）,，且在如此短的發(fā)泡過程中，難以實現(xiàn)泡沫孔徑的調控,。因此,，通過簡單且可大尺度制備的工藝獲得具有輕量化、可調孔隙結構和寬溫域柔性的新型硅橡膠泡沫材料是具有挑戰(zhàn)性的,。

圖1.PhSiRF材料制備過程與性能展示

湯龍程教授團隊通過在Si-O-Si鏈上引入苯基空間位阻效應,，調整化學發(fā)泡過程中交聯(lián)反應和發(fā)泡反應的匹配性，在室溫下反應大約15 min后成功制備得到最低密度低至100 mg cm-3的苯基硅橡膠泡沫材料（PhSiRF）,。通過調整原材料比例,，可以輕松實現(xiàn)對PhSiRF材料的孔隙結構調控,，該材料具有優(yōu)異的循環(huán)壓縮可靠性，并且在較寬的溫度范圍內（-90至210 °C）具有良好的機械柔韌性,。此外,，對PhSiRF材料的隔熱性能進行了研究，優(yōu)化后的樣品表現(xiàn)出出色的隔熱效果,，遠優(yōu)于同等厚度的傳統(tǒng)碳基聚合物泡沫材料。

圖2.PhSiRF材料力學性能測試結果

研究團隊發(fā)現(xiàn),，隨著苯基含量的增加,，空間位阻效應加劇導致反應基團活性降低，進一步延長了反應時間,，使得交聯(lián)與發(fā)泡反應速度更加匹配,，帶來更低的密度。密度低至100 mg cm-3的PhSiRF具有優(yōu)異的隔熱性能,，例如,，厚度為1.5 cm的PhSiRF可以將溫度從180 °C隔絕到57.2 °C。通過改變原料的配比,，有效調控泡孔結構,，在相似的孔隙率下，較小的孔徑可以有效地限制空氣熱對流對傳熱過程的貢獻,。苯基硅橡膠泡沫材料與其他聚合物泡沫相比,，具有最佳的保溫性能及優(yōu)異的高低溫穩(wěn)定性。

圖3.PhSiRF材料隔熱性能評價

綜上,，該團隊提出了一種大規(guī)模,、便捷的發(fā)泡策略來制備具有超輕質、孔結構可調和優(yōu)異寬溫域機械柔韌性的苯基硅橡膠泡沫材料,。通過調節(jié)孔隙的大小分布,，該泡沫可以達到很高的保溫效率。開發(fā)的苯基泡沫材料為輕量化,、機械性能和隔熱良好的聚合物泡沫提供了新的設計和開發(fā)思路,，可用于各種潛在的應用。

在該論文成果中,，我校2022級碩士生吳宇悅為第一作者,，材化學院湯龍程教授、正高級實驗師張國棟和李揚博士后為論文的共同通訊作者,。該研究得到國家自然科學基金項目和浙江省自然科學基金重點項目等的資助,。