卓龍海，沈東，謝璠，緱鵬飛，蔡亞玲

(1.陜西科技大學,輕化工助劑化學與技術協(xié)同創(chuàng)新中心,西安 710021；2.陜西科技大學化學與化工學院,西安 710021；3.陜西科技大學輕工科學與工程學院,西安 710021)

聚酰亞胺（PI）[1]是指分子主鏈上具有酰亞胺環(huán)的一類高分子聚合物,其分子主鏈主要由剛性的五元雜環(huán)與芳環(huán)構成。獨特的分子鏈結構使得PI分子鏈剛性很大,加之芳雜環(huán)的高共軛效應使分子鏈間作用力增強,進而賦予PI以高力學性能、耐高/低溫、耐腐蝕、耐輻照、低熱膨脹系數(shù)、低介電常數(shù)等特性,廣泛應用于航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等高科技領域[2-6]。

氣凝膠[7-9]是一類具有獨特多孔微結構的固態(tài)材料,一經(jīng)問世便引起了研究人員的廣泛關注。大量的多孔微結構賦予氣凝膠以低折射率、低熱導率、低介電常數(shù)、低密度、高比表面積等特性,使其在保溫隔熱、催化載體、化學吸附和電氣等方面具有廣泛應用[10-12]。

受氣凝膠材料啟發(fā),近年來研究人員采用PI構建氣凝膠材料,在保持PI自身優(yōu)異綜合性能的基礎上賦予其低導熱系數(shù)、低聲阻抗、低密度以及比表面積等特性,在航空航天、電子通訊、隔熱阻燃、吸附清潔、吸音等領域都有絕佳的應用前景[13-17]。筆者主要對PI氣凝膠的制備、功能化改性及應用進行了論述,綜述了目前PI氣凝膠功能材料的研究進展,并對其未來研究方向進行了展望。

1 PI氣凝膠的制備及增強改性

1.1 PI氣凝膠的制備

PI一般采用兩步法[18-21]進行制備,即先由二胺和二酐反應得到前驅(qū)體聚酰胺酸,然后通過化學亞胺法或者熱亞胺法得到PI。在PI樹脂合成的基礎上制備PI氣凝膠,其關鍵在于多孔結構的構筑。PI氣凝膠的制備方法主要包括兩大類：PI濕凝膠超臨界CO2干燥法、前驅(qū)體冷凍干燥而后熱亞胺化法。

(1)PI濕凝膠超臨界CO2干燥法。

超臨界CO2干燥法是指先制備前驅(qū)體聚酰胺酸溶液,加入乙酸酐、吡啶（或三乙胺）使聚酰胺酸脫水環(huán)化得PI濕凝膠。然后,將濕凝膠內(nèi)部溶劑置換為乙醇,再使用超臨界CO2使其充分干燥,最終得到PI氣凝膠[22]。超臨界CO2干燥法制備PI氣凝膠可以使其保持結構完整性且尺寸收縮小。但是,超臨界CO2干燥法存在設備要求高、能耗高、有機溶劑使用量大等問題。

(2)前驅(qū)體冷凍干燥而后熱亞胺化法。

使用冷凍干燥法制備PI氣凝膠,首先需要制備前驅(qū)體聚酰胺酸水溶液,然后通過冷凍、冷凍干燥,得到聚酰胺酸氣凝膠,最后通過熱亞胺化使其轉(zhuǎn)變?yōu)镻I氣凝膠[23]。與超臨界CO2干燥法相比,前驅(qū)體冷凍干燥而后熱亞胺化法具有簡單、高效、設備要求低、適用范圍廣且環(huán)境友好的優(yōu)點。已成為PI氣凝膠制備的主流方法。

1.2 PI氣凝膠的增強改性

采用前驅(qū)體冷凍干燥而后熱亞胺化法制備PI氣凝膠,由于冷凍干燥過程中毛細管壓力過大,再加上凝膠自身骨架強度不足,在制備過程中容易出現(xiàn)骨架坍塌、體積收縮過大等問題,并影響最終產(chǎn)品質(zhì)量[24]。針對這一問題,研究人員對PI氣凝膠的增強改性進行了大量研究。

目前,氣凝膠的增強改性主要有兩種方法：1）在樹脂基體中引入增強填料,通過填料與樹脂形成類“鋼筋-混凝土”結構提升氣凝膠骨架強度；2）在PI分子鏈間引入交聯(lián)結構,促進分子鏈間的相互支撐,從而有效提升氣凝膠骨架強度。

(1)填料增強法。

目前,研究人員使用的增強填料可分為有機填料和無機填料兩種。其中,無機填料一般需要先進行功能化改性,以增強其與PI基體的界面結合。

卓龍海等前期采用芳綸納米纖維(ANFs)[25]和甲基纖維素(MC)[26]兩種有機填料對PI氣凝膠進行了骨架增強。結果表明,ANFs添加量僅從0增加至4%,復合氣凝膠的密度由0.070 g/cm3降低至0.054 g/cm3,體積收縮率從62.88%降至52.46%；當MC的添加質(zhì)量從1%增加至6%,復合氣凝膠的體積收縮率可從60.11%降至44.88%。此外,壓縮試驗表明,添加不同填料都可使復合氣凝膠的力學性能隨填料添加量增加而增強。

章玲等[27]使用酸化碳納米纖維（a-CNF）作為增強材料,采用溶膠-凝膠方式成型,運用冷凍干燥技術制備PI復合氣凝膠。a-CNF的加入,增強了氣凝膠的骨架強度,提高了氣凝膠的尺寸穩(wěn)定性,削弱了氣凝膠在冷凍干燥過程中受到的毛細管作用。所得復合氣凝膠的體積收縮率從45.52%降至35.32%,密度也隨之從0.084 g/cm3降至0.069 g/cm3,并且氣凝膠孔洞分布呈現(xiàn)出增大、增寬的趨勢。

(2)化學交聯(lián)增強法。

研究人員常通過在PI分子鏈間引入交聯(lián)結構的方式對PI氣凝膠進行增強改性。目前,常用的交聯(lián)劑主要有多元胺與功能化第三組分兩大類。例如,Cheng等[28]以1,3,5-三氨基苯氧基苯為交聯(lián)劑,以二甲基亞砜為溶劑,使用定向冷凍技術制備了共價交聯(lián)PI氣凝膠。利用二甲基亞砜良好的溶解性,將化學亞胺化過程與共價交聯(lián)結構同時進行制備PI氣凝膠,協(xié)同降低了氣凝膠的體積收縮。研究發(fā)現(xiàn),隨著交聯(lián)度的增加,無論是化學亞胺化還是熱亞胺化,收縮都得到很大程度的抑制,化學亞胺化PI-10氣凝膠的體積收縮率可低至3.1%。極低的體積收縮率使得氣凝膠擁有超低密度(6.1 mg/cm3)和超高孔隙率（99.57%）,此外,交聯(lián)劑的加入也提高了氣凝膠的力學性能,所制備的氣凝膠可承受2 000倍自身重量的重物。

Zhang等[29]采用逐步化學液相沉積法將氨基改性的聚乙烯聚甲基硅氧烷(PVPMS)的彈性網(wǎng)絡結構引入到PI氣凝膠中,制備了具有雙交聯(lián)網(wǎng)絡結構的PI-PVPMS復合氣凝膠。該復合氣凝膠的骨架主要由PVPMS的共價鍵和網(wǎng)絡結構支撐,而不僅限于PI鏈間的范德華力和物理纏結作用,有效地增加了PI分子鏈間的相互支撐作用,使氣凝膠骨架結構更加穩(wěn)定。結果表明,復合氣凝膠的體積收縮率低至17%,有效提升了壓縮回彈性。

綜上所述,引入增強填料、化學交聯(lián)結構是提升PI氣凝膠產(chǎn)品質(zhì)量與強度的有效方法,有助于促進PI氣凝膠在高科技領域的應用。以PI氣凝膠為基體引入功能化組分是賦予PI氣凝膠功能性的重要手段,研究人員圍繞PI氣凝膠功能化改性開展了大量富有成效的研究工作。

2 PI氣凝膠的功能化改性及應用

2.1 隔熱性能

隨著科技的快速發(fā)展,航空航天、能源、微電子、化工等高科技領域?qū)Σ牧闲阅艿囊笠苍絹碓礁?迫切需要高性能隔熱材料用于高溫保護、降低能源損耗等方面。PI氣凝膠結合了PI樹脂和氣凝膠材料的性能優(yōu)勢,具有優(yōu)異的力學性能、熱穩(wěn)定性、耐熱性、高孔隙率、高比表面積等特性,在高溫環(huán)境下的隔熱領域具有廣闊的應用前景。

Zhao等[30]通過3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）功能化的黏土埃洛石納米管（FHal）作為無機增強相并均勻地嵌入PI（PI）氣凝膠中,成功地合成了一種新型的PI/FHal復合氣凝膠。結果表明,具有高長徑比的FHal與PI相互作用,形成三維網(wǎng)絡結構。使得PI/FHal復合氣凝膠具有低體積收縮率（21.9%）、低體積密度（71.464 mg/cm3）、低熱導率[39.18 mW/(m·K)]、高熱穩(wěn)定性（520℃以上開始分解）和優(yōu)良的力學性能(1.14 MPa,是純PI氣凝膠的2.62倍)。通過加熱試驗測試復合氣凝膠隔熱性能,將醫(yī)用棉置于酒精燈加熱的鋁板上,10 s后發(fā)生大面積燃燒,但將醫(yī)用棉置于4 mm的PI/FHal復合氣凝膠上加熱150 s仍未發(fā)生明顯灼燒現(xiàn)象。

Xue等[31]采用綠色環(huán)保冷凍干燥法制備了層狀雙氫氧化物(LDH)-氧化石墨烯(GO)協(xié)同增強PI氣凝膠。通過與GO的靜電相互作用,LDH可以均勻分散在水溶液中,從而使其均勻分散在PI基體中。得益于兩種納米片與PI之間的相互作用,PI/LDH-GO(PLG)復合氣凝膠具有超低密度[(52±3.6）mg/cm3]、高壓縮彈性模量[(26±1.8)MPa]和低熱導率[(36±1.7)mW/(m·K)]的特性。PLG復合氣凝膠導熱系數(shù)隨溫度上升而緩慢上升,但即使在300℃下,導熱系數(shù)也處于較低水平[(65±1.4)mW/(m·K)]。低導熱性使PLG復合氣凝膠具有紅外隱身的潛力,優(yōu)異的隔熱性能使其可以在酒精燈的長時間加熱后頂部保持在150℃以下。

劉拓等[32]使用冷凍干燥和熱亞胺化工藝制備PI氣凝膠,通過改變PI氣凝膠的固含量,探究固含量對PI氣凝膠性能的影響。結果表明,隨著固含量的增加,氣凝膠的孔徑越小,尺寸穩(wěn)定性越好,所得的PI氣凝膠在密度為44 mg/cm3,熱導率低至30.9 mW/(m·K),體積收縮率也只有45.7%。

Zhang等[33]以ANFs和水溶性聚酰胺酸鹽為原料,采用超高速剪切共混、冷凍干燥和高溫亞胺化工藝制備超輕PI/ANFs復合氣凝膠。在不添加任何分散劑的情況下,聚酰胺酸鹽通過氫鍵相互作用,極大地抑制了ANFs的聚集。均勻的ANFs骨架可以降低低濃度聚酰胺酸鹽在亞胺化過程中的收縮率。這種協(xié)同作用使得PI/ANFs復合氣凝膠具有多孔結構和超低密度(5.18 mg/cm3),表現(xiàn)出良好的彈性、抗疲勞性能(1 000次壓縮循環(huán))、較高的熱分解溫度(470℃)和超低的熱導率[(28.6±0.53)mW/(m·K)],低熱導率和低密度使得PI/ANFs復合氣凝膠在185℃的熱平臺上加熱30 min后表面溫度低至52℃,并且在停止加熱后迅速降至室溫。

上述研究工作表明,PI氣凝膠的隔熱性能主要受內(nèi)部多孔結構的影響,調(diào)節(jié)孔道結構、提升孔隙率、降低密度是降低氣凝膠熱導率、提升其隔熱性能的有效手段。通過在PI氣凝膠中引入不同填料,在增強氣凝膠骨架的同時調(diào)整其內(nèi)部微觀結構,并構建出隔熱性能優(yōu)異的PI氣凝膠材料。一般說來,氣凝膠孔道結構規(guī)整性越高、密度越低,其熱導率越低（即隔熱性能越好,見表1）。

表1 復合氣凝膠的部分性質(zhì)

2.2 油水分離性能

人們生產(chǎn)生活排放物和大型海上事故導致了河流和海洋嚴重的油污,威脅著自然界中生命和人類的生存。為此,研究人員提出使用具有多功能、低密度、高孔隙率等特性的氣凝膠來解決這一問題,例如聚合物氣凝膠[34-36]、二氧化硅氣凝膠[37-38]、石墨烯氣凝膠[39-41]、碳納米管氣凝膠[42-44]、碳納米纖維氣凝膠[45-46]等。其中,PI氣凝膠具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、力學性能等,是目前綜合性能最優(yōu)的聚合物氣凝膠之一,可用于嚴苛環(huán)境下的油水分離。

Zhang等[47]使用多巴胺功能化的碳納米管作為交聯(lián)劑,通過“接枝”的方法將高分子鏈原位接枝到碳納米管表面,從而制備了輕質(zhì)、高強度和超疏水的PI復合氣凝膠。將碳納米管作為二次反應平臺,在氣凝膠表面接枝十八烷基胺,從而賦予了PI/碳納米管復合氣凝膠超疏水性和親油性,水接觸角高達151°,油水分離效果明顯,最大吸油能力為447%。更重要的是,復合氣凝膠在長時間的強酸/堿或高溫處理后,依然表現(xiàn)出穩(wěn)定的疏水和親油性能,這使其在解決惡劣環(huán)境下的實際油水分離問題方面有很廣泛的應用前景。

Shen等[48]以PI納米纖維為原料,通過冷凍干燥工藝和溶劑-蒸汽處理制備了具有三維結構和可調(diào)孔隙度的超彈性、堅固的PI納米纖維基氣凝膠(PI-NFAs)。用三氯甲基硅烷(TCMS)對多孔PI-NFAs進行改性,在PI納米纖維表面生成硅納米絲(SiNFs),將PI-NFAs轉(zhuǎn)化為超疏水材料,水接觸角達到151.7°,并具有超低密度(＜10.0 mg/m3),高孔隙率(＞99.0%),在80%的壓縮應變下快速恢復。含SiNFs涂層的PINFAs也能收集廣泛的油性溶劑,其吸附能力可達自身重量的159倍。表面活性劑穩(wěn)定的油包水乳液還可以在重力的驅(qū)動下有效分離(分離效率高達100%),使其在開發(fā)節(jié)能吸附技術方面有很大的應用前景。

PI氣凝膠具有典型的高比表面積特性,其獨特的輕質(zhì)多孔結構為其在油水分離領域的使用奠定了基礎。通過上述研究可以發(fā)現(xiàn),對PI氣凝膠進行親油改性,可賦予其在油水混合物中快速吸油能力,進而實現(xiàn)高效油水分離。

2.3 電磁屏蔽性能

隨著電磁波的廣泛應用,電磁污染問題逐漸引起人們的廣泛關注,開發(fā)高性能電磁屏蔽材料成為目前材料科學研究的一大熱點。PI氣凝膠由于其出色的耐熱性能、力學性能、低密度以及獨特的多孔微觀結構,引起了電磁屏蔽材料研究人員的廣泛關注。

Miao等[49]通過單向冷凍、冷凍干燥和熱亞胺化工藝制備了具有各向異性熱導率、電導率和電磁干擾（EMI）屏蔽性能的PI/多壁碳納米管（MWCNTs）復合氣凝膠。通過添加MWCNTs,降低了PI氣凝膠的體積收縮率,增強了力學性能。通過單向冷凍技術所制備復合氣凝膠沿凍結方向呈“蜂窩狀”結構,而垂直于凍結方向呈典型的通道狀孔結構。這種典型結構使PI/MWCNTs復合氣凝膠在不同方向上的導熱、導電和電磁干擾屏蔽等性能具有明顯的各向異性。水平方向的電磁屏蔽效能明顯高于垂直方向,達到了280.5～502 dB·cm2/g。

Yu等[50]同樣使用了單向冷凍工藝,制備了具有各向異性導電性、電磁干擾屏蔽性能、壓縮性能的PI/石墨烯復合氣凝膠。該復合氣凝膠在密度低至0.076 g/cm3的情況下,電磁干擾屏蔽效能高達(26.1～28.8)dB。研究又發(fā)現(xiàn),當石墨烯含量較少時,無法在氣凝膠中形成有效的導電網(wǎng)絡,電磁屏蔽性能較低,隨著石墨烯含量的增加,電磁屏蔽性能隨之提高。當石墨烯含量為13%時,其特定電磁干擾屏蔽效能值可達到(1 373～1 518)dB·cm2/g。然而,隨著石墨烯含量的增加,復合氣凝膠的力學性能先增大后減小,這是由于添加過量的石墨烯會導致氣凝膠變脆,從而影響力學性能。

PI氣凝膠電磁屏蔽材料是通過在氣凝膠基體中加入導電填料并形成導電通路,從而賦予其電磁屏蔽性能。一般說來,復合氣凝膠的電磁屏蔽性能與其填料添加量正相關,即添加量越多,電磁屏蔽性能越好,但過多的填料會使得復合氣凝膠力學性能明顯變差。如何解決復合氣凝膠電磁屏蔽性能與力學性能之間的“trade-off”效應,通過低負載量的填料賦予PI氣凝膠更加優(yōu)異的電磁屏蔽性能,在PI氣凝膠電磁屏蔽研究中備受關注。

2.4 過濾性能

20世紀以來,現(xiàn)代工業(yè)飛速發(fā)展,大量工廠拔地而起,在改善人們生活的同時,也產(chǎn)生了嚴重大氣污染問題,對公眾的身體健康構成了嚴重威脅。從源頭上使用過濾材料減少顆粒污染物（PMs）的排放是解決這一問題的重要途徑。PI氣凝膠作為超輕固體材料,具有極高的孔隙率、高比表面積、低導熱系數(shù)等優(yōu)異性能,在開發(fā)高性能過濾材料方面有巨大潛力。

Qiao等[51]在研究和開發(fā)用于過濾的PI氣凝膠材料方面做了大量工作。他們通過相分離法將聚偏氟乙烯引入交聯(lián)PI的三維網(wǎng)絡結構中,制備PI/聚偏氟乙烯復合氣凝膠。通過調(diào)節(jié)聚偏氟乙烯的添加量,實現(xiàn)了對氣凝膠多孔結構的有效控制,從而大大提高了復合氣凝膠的透氣性和過濾性能,對PM2.5的過濾效率可達到99.8%（見表2）。此外,聚偏氟乙烯的加入不僅可以調(diào)節(jié)復合氣凝膠的孔徑,而且顯著提高了氣凝膠的疏水性,水接觸角達到150°,吸水率低至2.2%,這有利于該復合氣凝膠應用在潮濕環(huán)境下的過濾領域。

表2 復合氣凝膠的過濾性能[51]

此外,該課題組還將靜電紡PI納米纖維前驅(qū)體均勻分散于水中,以三乙胺作為交聯(lián)劑,成功制備了PI納米纖維氣凝膠[52]。該氣凝膠具有優(yōu)異的力學性能和高彈性,在50%應變下最大壓應力為7.03 kPa。此外,還具有極高的孔隙率（98.4%）和分級多孔結構,這使其對PM2.5的過濾效率高達99.83%,而且壓降低于相應的納米纖維膜材料。

Li等[53]使用聚四氟乙烯-聚酰胺酰亞胺(PTFE-PAI)復合納米纖維和PI納米纖維混合構建復合納米纖維氣凝膠(NAs)。對NAs的過濾性能探究發(fā)現(xiàn),當纖維固含量由0.5%提高到2.0%時,孔隙率由98.52%降低到96.17%,壓降由180 Pa增大到440 Pa,對PM 2.0的過濾效率從99.34%增長99.98%。其中,當固含量為1.0%時,過濾效率為99.96%,壓降為220 Pa,最符合過濾材料高效率、低壓降的要求。

氣凝膠材料過濾,其本質(zhì)上是通過其內(nèi)部的多孔結構實現(xiàn)對PMs的多重物理攔截。氣凝膠的孔徑大小、孔隙率等是影響其過濾性能的關鍵,研究人員通常通過調(diào)控PI氣凝膠內(nèi)部孔道結構使其在攔截PMs的同時減小對空氣流動的阻礙,并最終實現(xiàn)高效低阻過濾。

2.5 傳感性能

隨著5G網(wǎng)絡的飛速發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨于小型化、過程自動化,高性能傳感器的應用將會越來越廣泛。其中,聚合物傳感器具有低成本、易加工、高靈敏性等優(yōu)點,是開發(fā)高性能傳感器的研究熱點。PI氣凝膠具有耐腐蝕、耐輻照、耐高/低溫等特性,是制備用于嚴苛條件下聚合物基壓力傳感器的理想基體材料。

Liu等[54]選用具有優(yōu)異導電性、豐富的表面官能團以及良好的親水性的2D過渡金屬碳化物Ti3C2X MXene,通過冷凍干燥和熱酰亞胺化工藝制備了PI納米纖維/MXene復合氣凝膠。該氣凝膠具有特殊的“層-支柱”結構,表現(xiàn)出極低密度（9.98 mg/cm3）、在-50℃至250℃的寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的彈性、超循環(huán)可壓縮性和穩(wěn)定的循環(huán)力學性能。這些優(yōu)異的性能使復合氣凝膠具有出色的傳感性能,包括50%～90%應變的寬傳感范圍（對應于0.01～85.21 kPa）,超過1 000次循環(huán)的良好抗疲勞性,在高/低溫環(huán)境中出色的壓阻傳感穩(wěn)定性和再現(xiàn)性。

Xu等[55]采用雙向冷凍技術設計和制造了具有獨特蜂窩狀結構的超彈性高壓敏PI/還原氧化石墨烯(rGO)氣凝膠傳感器。這種獨特的大縱橫比蜂窩狀結構由排列整齊的薄層和相互連接的橋組成。排列的層和橋的結合使氣凝膠傳感器具有高彈性、高壓力靈敏度(1.33/kPa)、超低的檢測極限(3 Pa)、寬檢測范圍(80%應變,59 kPa)、快速響應時間(60 ms)和循環(huán)(超過1 000次循環(huán))中優(yōu)異的結構穩(wěn)定性。值得一提的是,該氣凝膠傳感器在50,100和200℃的空氣中保持穩(wěn)定的壓阻性能,這意味著該復合氣凝膠可在高溫環(huán)境下長期使用。

陳曉玉[56]以聚酰亞胺納米纖維（PINF）為基體,MXene為導電填料,通過冷凍干燥和熱酰亞胺化工藝制備了具有特殊分層孔結構的PINF/MXene復合氣凝膠。所得的復合氣凝膠展現(xiàn)出超低的密度、良好的耐高/低溫性和高達90%的壓縮恢復性。該復合氣凝膠作為壓力傳感器,具有超寬的響應范圍（90%應變,85.21 kPa）,超低的檢測極限（0.5%,0.01 kPa）,良好的耐疲勞性（1 000循環(huán)）和響應穩(wěn)定性。其在-196～150℃的溫度范圍內(nèi)依舊具有穩(wěn)定的響應性,表現(xiàn)出在極端高-低溫環(huán)境中的應用潛力。

以柔性PI氣凝膠為基體,添加導電填料,制備PI復合氣凝膠,當復合氣凝膠受到外力作用時,氣凝膠內(nèi)部導電網(wǎng)絡發(fā)生變化,導致電阻率發(fā)生可檢測的波動,從而表現(xiàn)出傳感性能?？刂茖щ娞盍系奶砑恿?一方面要保證導電網(wǎng)絡的形成,以賦予氣凝膠傳感性能；另一方面,保證填料的加入不會影響氣凝膠的結構穩(wěn)定性從而使其喪失多次循環(huán)傳感能力。

3 結語

PI氣凝膠兼具PI的優(yōu)異綜合性能與氣凝膠的輕質(zhì)特性,是目前綜合性能最優(yōu)的氣凝膠材料之一,在隔熱、吸附、過濾、傳感等領域具有良好的應用前景。近年來,研究人員圍繞PI氣凝膠開展了大量富有成效的研究工作,但仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。結合PI氣凝膠的研究現(xiàn)狀,未來PI氣凝膠的研究可能將主要集中在以下三個方面：

（1）增強改性方面。盡管研究人員已圍繞PI氣凝膠的增強改性做了大量富有成效的研究工作,但關于其增強改性理論、骨架強度與PI氣凝膠力學性能間的相關性、氣凝膠微觀結構調(diào)控及其對氣凝膠力學性能的影響等方面的研究仍相對較少。進一步加強PI氣凝膠的增強改性研究,構建出輕質(zhì)高強的PI氣凝膠材料仍將是后續(xù)研究的主要方向之一。

（2）功能化改性方面。PI氣凝膠突出的綜合性能使其可在嚴苛條件下長期使用,是高性能功能材料的理想基體。在PI氣凝膠優(yōu)異綜合性能的基礎上對其進行功能化改性,是進一步擴大其應用領域的有效手段。研究人員多采用引入第三組分的方式賦予PI氣凝膠功能性,但第三組分的引入往往會顯著影響PI氣凝膠的性能（尤其是力學性能）,低負載、高性能仍將長期成為PI氣凝膠研究人員的追求目標。

（3）環(huán)境友好性方面。PI氣凝膠的制備過程中通常會使用大量有機溶劑,由此帶來的環(huán)境污染問題逐漸引起了研究人員的關注。如何開發(fā)新的PI氣凝膠制備技術,有效減少其生產(chǎn)對環(huán)境帶來的不利影響,仍然任重而道遠。