材化学院汤龙程教授团队设计合成新型自粘型PDMS泡沫材料，开发出导电-阻燃-隔热高性能硅基纳米复合材料

近日，我校材料与化学化工学院汤龙程教授团队基于有机硅分子交联/发泡反应机制，提出一种自粘型硅橡胶泡沫材料的设计思路，并制备出高性能PDMS泡沫纳米复合材料。该材料具有轻质弹性、绿色阻燃、可调节导电、以及优异的耐高低温和耐水性等特性，在复杂环境智能医疗监测和防火隔热等方面具有良好的银应用前景。相关研究成果以题为“Self-Adhesive Polydimethylsiloxane Foam Materials Decorated with MXene/Cellulose Nanofiber Interconnected Network for Versatile Functionalities”发表于国际材料领域权威期刊Advanced Functional Materials (2023，IF=19)上。

硅基多孔材料因其独特的性能已被开发用于许多新兴领域，如可拉伸电极和压阻传感器、可拉伸电子、能量收集/存储、油水分离、热/冲击保护、催化和药物递送等。然而，为实现多功能一体化，硅基多孔材料通常需要添加多种功能填料，但硅基材料的主要构成分子聚二甲基硅氧烷和功能填料之间的相容性差，往往需要复杂的加工工艺。因此，传统硅橡胶泡沫复合材料很难实现导电性、阻燃性和轻质等功能的一体化。

鉴于此，汤龙程教授团队通过简单调整硅橡胶泡沫制备原料中含氢硅油和其他原料的比例，成功制备了一种蠕虫状粗糙表面和反应基团的自粘硅橡胶泡沫基体。该基体对皮肤、塑料、金属和玻璃等多种材料具有良好的物理粘接性。通过浸涂和硅烷改性的协同策略，在自粘性硅泡沫表面构建了稳定的功能涂层。首先，将硅泡沫基体浸入MXene/CNF悬浮液中，基体表面的硅氢基团与MXene/CNF材料的羟基反应，从而实现基体与涂层之间的强化学键结合。然后，通过进一步用含氟硅烷修饰表面，制备了具有多功能的硅橡胶泡沫复合材料。该材料有望应用于智能医疗监测和防火隔热等多种应用。

研究人员对上述材料进行综合性能测试，发现其具有优异的表面超疏水性（WCA≈159°）、可调的电导率（从10^-8到10 S/m）、增强的热稳定性、在宽温度范围（从-20 ℃到200 ℃）和复杂环境（酸、碱和盐溶液中）下稳定的压缩循环可靠性。

基于以上综合性能，对该泡沫材料的阻燃性能行进研究发现涂层中的MXene二维材料赋予了该泡沫优异的阻燃性（LOI值>27%，烟雾产生率低）。阻燃机理表面：在燃烧过程中，泡沫表面生成了致密的TiO₂/C/SiO₂保护层。该保护层有效阻隔了火焰进攻，并且降低了烟雾释放，实现优异的阻燃性。除以上性能，该泡沫材料还具有良好的隔热性能和在各种应力模式和复杂环境条件下都具备可靠的应变能力。该工作为制备多功能硅橡胶泡沫提供了一种新颖且简便的方法。

课题组研究生陈海阳、陈钻宇、毛敏为文章并列第一作者，汤龙程教授为文章的通讯作者。研究工作获得国家自然科学基金、浙江省自然科学基金重点项目的联合资助。