聚酰亚胺气凝胶具有优良的力学性能（杨氏模量超过100MPa）、热稳定性（达600℃）、耐老化、抗辐射和阻燃性能。然而，传统的聚酰亚胺气凝胶耐水性差，能够完全吸收表面的液态水，从而导致气凝胶微观结构的破坏，丧失优异的性能。目前对聚酰亚胺气凝胶的疏水化改性主要有两种：化学改性（如加入含氟、PPG等疏水基团）和物理改性（掺杂其他疏水性颗粒），这些方法不仅增加制备成本，而且降低聚酰亚胺气凝胶的热稳定性和力学强度。自然界中，许多动植物的叶片、花瓣、羽毛、表皮、触角等都具有超疏水性，研究表明其超疏水性主要由其精细的微纳结构实现的。例如荷叶的多极突触结构使其具有超疏水性和自清洁作用（荷叶效应）；而玫瑰花瓣表面的微纳结构赋予其超疏水性的同时对水滴具有高粘附力，即使翻转180度，水滴也不会掉落（花瓣效应）。

为此，能否采用仿生学手段，通过界面的微纳结构设计与调控，实现聚酰亚胺气凝胶的疏水化，同时维持其优异的综合性能？近来，中科院气凝胶团队采用此思路，成功制备了系列具有荷叶效应和花瓣效应的聚酰亚胺气凝胶（如下图1所示）。研究表明，将基于对苯二胺（PPDA）与双酚A型二醚二酐（BPADA）的聚酰胺酸与其他种类的聚酰胺酸混合后再经化学脱水，二者发生偏析自组装，形成的聚酰亚胺气凝胶具有类似荷叶的微观结构（图1），水滴很容易从此气凝胶表面滑落，接触角最大可达153度，因而表现出荷叶效应。进一步，我们发现只需将气凝胶的密度降低（不同化学组成，其临界密度有所不同）即可实现聚酰亚胺气凝胶的疏水化，特别是对于传统的亲水型聚酰亚胺（如ODA-BPDA、DMBZ-BPDA），不经任何化学或物理共混改性，也能实现其疏水化，有意思的是，水滴在这种气凝胶表面形成液滴（接触角达145度），翻转180度之后水滴也不会下落，表现出花瓣效应，SEM结果表明低密度化实现花瓣效应的直接原因是增加了气凝胶的粗糙度（图1）。

采用仿生学方法制备的超疏水聚酰亚胺气凝胶，其力学、热学等性能均表现出优异的稳定性。此方法还有望应用到其他种类的高分子体系中。相关研究成果已在线发表在ACS Appl. Mater. Interfaces上。（全文链接https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b04081）

博士生李鑫（北京理工大学与中科院苏州纳米所联合培养）和副研究员王锦为论文共同第一作者，张学同研究员为论文通讯作者，合作者包括航天一院703所的赵一博研究员。论文工作是在国家自然科学基金（51572285，51773225）、国家重点研发计划（2016YFA0203301）、英国牛顿高级学者基金（NA170184）、江苏省自然科学基金（BK20151234，BK20170428）和苏州市科技局基金（SYG201630）的共同资助下完成。

图1 具有荷叶效应和花瓣效应的聚酰亚胺气凝胶的微观形貌及其接触角

(李鑫供稿)