汤龙程教授团队在Chemical Engineering Journal上发表可大规模、简易制备的轻质、宽温域柔性和可调孔隙结构的苯基硅泡沫材料应用于隔热领域

近日，我院汤龙程教授团队基于有机硅分子交联/反应机制，提出一种轻质隔热、泡孔结构可调硅橡胶泡沫材料的制备新思路，相关研究成果以题为“Large-scale and Facile Fabrication of Phenyl-containing Silicone Foam Materials with Lightweight, Wide-temperature Flexibility and Tunable Pore Structure for Exceptional Thermal Insulation”发表在国际知名期刊Chemical Engineering Journal (IF=15.1)上

建筑保温材料的应用是节能的重要手段之一。传统碳基保温泡沫材料遇到高温结构不稳定，易坍塌，存在安全隐患，而硅基多孔泡沫材料由于具有键能较高的Si-O-Si键而具有优异的耐热性能，在高温下结构稳定，且化学发泡法制备过程绿色简便，可实现大尺度制备。然而，以往的聚二甲基硅氧烷（PDMS）泡沫体系中乙烯基的反应活性较高，往往在极短的时间内（2 min）完成反应，形成坚固的网络结构，限制气泡的生长，导致泡沫较高的的表观密度（＞200 mg cm^-3）。且在如此短的发泡过程中，难以实现泡沫孔径的调控。因此，通过简单且可大尺度制备的工艺获得具有轻量化、可调孔隙结构和宽温域柔性的新型硅橡胶泡沫材料是具有挑战性的。

鉴于此，我院汤龙程教授团队通过在Si-O-Si链上引入苯基空间位阻效应，调整化学发泡过程中交联反应和发泡反应的匹配性，在室温下反应大约15 min后成功制备得到最低密度低至100 mg cm^-3的苯基硅橡胶泡沫材料（PhSiRF）。通过调整原材料比例，可以轻松实现对PhSiRF材料的孔隙结构调控，该材料具有优异的循环压缩可靠性，并且在较宽的温度范围内（-90至210 °C）具有良好的机械柔韧性。此外，对PhSiRF材料的隔热性能进行了研究，优化后的样品表现出出色的隔热效果，远优于同等厚度的传统碳基聚合物泡沫材料。

研究中，随着苯基含量的增加，空间位阻效应加剧导致反应基团活性降低，进一步延长了反应时间，使得交联与发泡反应速度更加匹配，带来更低的密度。密度低至100 mg cm^-3的PhSiRF具有优异的隔热性能，例如，厚度为1.5 cm的PhSiRF可以将温度从180 °C隔绝到57.2 °C。通过改变原料的配比，有效调控泡孔结构，在相似的孔隙率下，较小的孔径可以有效地限制空气热对流对传热过程的贡献。苯基硅橡胶泡沫材料与其他聚合物泡沫相比，具有最佳的保温性能及优异的高低温稳定性。本文的研究为制备轻量化、机械性能良好和隔热性能优异的硅橡胶泡沫材料提供了新颖且方便的方法。

该论文第一作者为2022级硕士生吴宇悦，共同第一作者为2019级硕士毕业生吴志豪，通讯作者为杭州师范大学汤龙程教授，张国栋正高级实验师及李扬博士后。杭州师范大学为第一单位。该工作得到国家自然科学基金，浙江省科技部重点研发计划等项目的资助与支持。

原文链接： https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152183