Quantitative Evaluation of the Hierarchical Porosity in Polyimide Aerogels and Corresponding Solvated Gels

气凝胶 聚酰亚胺 材料科学 多孔性 聚合物 热稳定性 复合材料 纳米尺度 溶剂 制作 化学工程 纳米技术 图层(电子) 有机化学 化学 工程类 医学 替代医学 病理
作者
Samantha J. Rinehart,Baochau N. Nguyen,Rocco P. Viggiano,Mary Ann B. Meador,Mark Dadmun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (27): 30457-30465 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsami.0c07971
摘要

Aerogels are promising materials for many aerospace applications, including high-performance antennae and flexible insulation, because of their inherent low density and high surface areas. Polymer aerogels, especially polyimide aerogels, provide excellent mechanical properties beyond traditional silica aerogels while maintaining the required thermal stability. Polyimide aerogel surface area, porosity, and pore volume are important properties; however, these measurements are traditionally conducted on the aerogel after removal of the solvent. Because of this, the impact of synthetic control and solvent presence on the nanoscale to mesoscale structure of polyimide aerogels in functional applications is unclear. In this report, we use small-angle neutron scattering to determine the dry and solvated skeletal strut size and composition of polyimide aerogels to deduce the impact of solvation on the structure of complex aerogel struts. Our results show that the aerogel contains a hierarchical assembly of pores, with pores present both within and between the supporting struts. This translates to a material with solvent in the larger pores, as well as absorbed in the supporting polyimide skeleton. The amount of solvent uptake in the struts varies with the solvent and polyimide properties. The insight from these results provides pathways to determine the correlations between aerogel nano- and mesoscale structural characteristics, fabrication processes, and their performance in functional applications such as polymeric battery separators. These results also broaden the characterization tools of polymeric aerogels that differentiate between dry and solvated nano- and mesoscale structures that exist in common operating conditions.

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