航空航天领域中的超低温环境对航天器和相关设备中弹性材料的性能提出了重大挑战。目前，大多数传统的固有弹性材料，在超低温环境中通常会失去其固有弹性。现有的解决方案主要是基于碳和陶瓷结构的弹性气凝胶；这些新出现的碳和陶瓷气凝胶推动了超低温环境弹性材料的发展，但其复杂的制造工艺和高成本限制了其进一步的应用。

在此背景下，最新的报道展示了一种由低成本壳聚糖和三聚氰胺-甲醛树脂构成的聚合物气凝胶，在液氮温度（77K）下具有超弹性。在聚合物材料中，聚酰亚胺(PI)对极端条件具有显着的耐受性。然而，上述策略中冷冻干燥后的热酰亚胺化不可避免地会导致高达40%的收缩变形，极大地损害了弹性PI气凝胶的可压缩性。此外，由于聚酰胺酸（PAA）的盐化不完全，PAAS在水中的分解无法完全避免，导致弹性PI气凝胶由于分子量低而影响其回弹性能。最近出现的电纺纳米纤维PI气凝胶提供了一种有效的途径来避免PAAS在水中的大量收缩和分解，但电纺工艺的结合使整个制造过程复杂化并增加了成本。

鉴于此，复旦大学叶明新教授、沈剑锋教授团队开发了基于可量产和低成本的取向二甲基亚砜晶体辅助冷冻凝胶化和冷冻干燥策略，实现了共价交联聚酰亚胺(PI)气凝胶在超低温(4 K)下的超弹性（99%的弹性压缩应变），在剧烈热冲击(ΔT=569 K)后弹性损失几乎为零，以及具有可以承受超过5000次压缩循环的抗疲劳性能。

图1. 构建超弹性PI气凝胶的示意图。设计和合成具有共价交联、径向分布的微结构和不同形状的PI气凝胶。

图2. DMSO 溶剂共价交联PI气凝胶的制备过程。

【高弹性PI气凝胶的机理】

作者利用DMSO的良好溶解性，实现了化学酰亚胺化过程和共价交联结构来制造PI气凝胶，协同减轻了所得气凝胶的体积收缩。通过DMSO化学酰亚胺化制备的PI气凝胶显示体积收缩率小于7.3%，远优于热酰亚胺化的19.5-25.3%。共价交联结构通常能赋予PI气凝胶更好的耐热性和力学性能，可以抑制高温热退火中热应力冲击引起的结构损伤。

图3. PI气凝胶的结构和形态。

【高弹性PI气凝胶的力学性能】

该PI气凝胶在4 K的深低温下也表现出惊人的超弹性，即使在遭受4 K和573 K之间的热冲击后，PI气凝胶仍保持高达99%应变的可压缩性和完美的可恢复性，未观察到明显的结构损坏。

图4. PI气凝胶的力学性能。

图5. PI气凝胶在各种环境下的力学性能。