聚酰亚胺(Polyimide,简称PI)气凝胶结合了 PI材料自身耐高低温、耐紫外辐照、耐化学腐蚀的化学结构特点和气凝胶材料质轻、多孔的物理结构特点,在航空航天领域的防热隔热、环境治理中的吸附材料方面具有重要的应用前景,逐渐成为PI材料和气凝胶材料研究的热点方向之一。同时,作为一种安全系数高、能耗低、操作便捷的干燥技术,冷冻干燥法被越来越多地用于气凝胶材料的制备。在已有的研究报道中,科研人员更多的关注于如何避免干燥后的气凝胶收缩率过大、成型开裂等问题,人们通常通过添加交联剂或者使用各类填料进行结构增强,而对于PI气凝胶材料的化学结构,尤其是分子链刚柔性以及冷冻干燥工艺对气凝胶制品综合性能的影响则研究相对较少。基于以上背景,本研究首先从分子链刚柔性的角度出发,选择PI材料的常用单体,利用冷冻干燥技术制备了一系列具有不同化学结构的PI气凝胶材料。通过聚酰胺酸(PAA)与有机弱碱的成盐反应制备水溶性的聚酰胺酸盐(PAAs)沉析纤维,将其配置成具有不同固含量的水溶液,然后经过冷冻、干燥、热亚胺化等步骤得到具有不同化学组成和不同密度的PI气凝胶材料。通过SEM、TGA、万能材料试验机和吸附测试等方法讨论了 PI化学结构、盐溶液固含量、冷冻速率等对PI气凝胶的微观形貌、成型收缩率、力学性能、热性能和吸附性能的影响。结果表明,PI分子链刚性越大,气凝胶的成型收缩率越小,孔径越大,密度越低,因而相同应变条件下的压缩强度越小。同时,在循环压缩过程中,BPDA-ODA体系具有更低的能量损耗。在此基础上,本研究以4,4’-二氨基二苯基醚(ODA)和3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐(BPDA)为单体原料,制备了碳材料为主体的柔性PI复合气凝胶——碳纳米管/PI复合气凝胶和石墨烯/PI复合气凝胶。通过SEM、TGA、万能材料试验机、万用电表等对其微观形貌、收缩率、力学性能、电性能进行了表征和分析,讨论了碳材料与PI的组分比例对复合气凝胶的成型工艺性和综合性能的影响。结果表明,当碳材料与PAAs的质量比大于5:1时,经过冷冻干燥后的产物易破裂、无法成型,碳材料与PAAs质量比为2:1时,可得到具有良好柔性和回弹性的复合气凝胶材料。