氣凝膠具有低密度、高孔隙率和低熱導特性，在極端環境下的熱管理領域具有潛在應用價值。在實際應用中，其需要具有可靈活設計的復雜幾何形狀，以適應不同場景和領域需求的同時，提高空間利用率并減少材料浪費。3D 打印是一種以 “自下而上” 方式逐層累積材料的制造技術，該技術為制備具有可控宏觀結構的氣凝膠材料提供了新途徑。然而，在利用 3D 打印技術制備氣凝膠的過程中，可打印油墨在擠出和成型過程中易于發生變形和坍塌，不可避免地會部分犧牲氣凝膠的多孔微觀結構。因此，通過3D打印技術制備具有高設計自由度和形狀保真度的氣凝膠，同時保持高多孔性和可定制的微觀結構，仍然是一個巨大挑戰。
針對上述問題，江南大學劉天西教授和樊瑋教授團隊提出了冷凍輔助墨水直寫（Freezing-Assisted Direct Ink Writing, FADIW）新策略，制備了具有可靈活設計微觀和宏觀結構的定制化聚酰亞胺氣凝膠材料。FADIW策略一方面實現了可打印油墨的連續沉積和瞬態低溫誘導凝膠化，由此可快速且簡便的構建具有復雜結構和高形狀保真度的空間自由幾何形狀（線性收縮率小于10%）。另一方面，該策略通過控制打印基板溫度，實現了氣凝膠微觀孔結構的可控調節（孔徑從70.9 ± 25.2 μm 降低至16.5 ± 3.3 μm）。由于具備多孔微觀結構和定制化宏觀結構，所制備的聚酰亞胺氣凝膠展現出了優異的隔熱性能，在便攜式電子產品的熱管理領域具有良好應用前景。此外，FADIW 策略具有普適性，基于多材料3D打印系統實現了多材料一體化成型，制備了具有特定宏觀結構和多組分集成的聚酰亞胺復合氣凝膠，拓寬了聚酰亞胺氣凝膠的應用場景。相關工作以“Freezing-Assisted Direct Ink Writing of Customized Polyimide Aerogels with Controllable Micro- and Macro- Structures for Thermal Insulation”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。
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