图1 聚酰亚胺气凝胶基墨水合成化学及3D打印路线
图2 聚酰亚胺气凝胶基墨水流变学及3D打印
近期，同济大学物理科学与工程学院杜艾、周斌团队通过结合一步化学亚胺化溶胶-凝胶策略和直接墨水书写3D打印技术，实现了高性能和多功能性的聚酰亚胺气凝胶的3D打印（图1、图2）。由此得到的3D打印聚酰亚胺气凝胶具有高的比表面积(545.1-561.7 m2g-1)，低的密度(66.1-103.7 kg m-3)，低的热导率(39.89-50.86 mW m-1K-1)，低的收缩率(<7%)等（图3）。此外，3D打印的聚酰亚胺气凝胶还具有优异的保温/保冷、透气/透光和吸氨/吸湿等功能，在未来多功能建筑中具有很大的潜力（图4）。为进一步拓展3D打印聚酰亚胺气凝胶的应用领域，通过碳纳米管的引入还赋予了其在太阳能蒸汽产生和太阳能海水净化方面的潜力（图5、图6）。该项工作证明了通过3D打印易于实现具有优异性能和扩展应用的聚酰亚胺气凝胶，为设计高性能和多功能的聚酰亚胺气凝胶提供了新的路线。
图4 3D打印聚酰亚胺气凝胶的多功能集成建筑应用探索
图5 3D打印聚酰亚胺气凝胶的太阳能水蒸发应用探索
团队发展了通用的溶胶-凝胶策略以实现气凝胶的3D打印，在过去的两年中，团队使用该策略成功实现了间苯二酚-甲醛气凝胶、氧化硅气凝胶的3D打印（Langmuir2021, 37, 2129-2139），并系统地探索了3D打印气凝胶的后功能化（Adv. Mater. Technol.2022, 7, 2101325；ACS Appl. Energy Mater.2022, 5, 11970−11976）。
