北京科技大学查俊伟教授团队 AM：新概念、新方法、新应用、新发展的动态聚酰亚胺材料

2023-03-24 来源：高分子科技

“双碳”背景下，对环保型、长寿命电工电子绝缘材料的发展迫切需求。聚酰亚胺因独特的分子结构而具有优异的耐高、低温特性，力学性能，耐溶剂性以及十分可靠的绝缘性能，被广泛用于电工电子等领域。然而，材料在长期的高温、高压及高场等恶劣环境中服役会面临机械/电损伤失效的问题，严重降低了使用寿命。同时，高玻璃化转变温度的硬质聚酰亚胺分子链段运动困难，无法进行机械破坏后的主动回收、修复，过程复杂电损伤的修复、回收更是难以实现。因此，基于当前发展现状，总结具有高经济价值聚酰亚胺材料多次循环利用发展面临的问题，指明未来动态聚酰亚胺发展目标和方向，具有重要战略意义。

针对上述问题，北京科技大学查俊伟教授团队在前期工作(J. Mater. Chem. C, 2022, 10, 11307-11315; Energy Environ. Mater. 2023, 6, e12427; Adv. Mater. 2023, 35, 2207451.)的基础之上，根据现有的一些文献，首次分享了对动态聚酰亚胺的现状和未来趋势的观点和看法。介绍了聚酰亚胺材料在应用过程中的主要损伤形式，并提出了解决这些问题的初步策略和方案。从根本上指出了动态聚酰亚胺发展所面临的瓶颈和问题，并评价了各种损伤形式与该方法的普适性之间的关系。强调了动态聚酰亚胺处理电损伤的潜在机制，讨论了几个可行的解决电损伤的前瞻性方案。最后，团队对电气绝缘中动态聚酰亚胺的系统、挑战和解决方案进行了简短的展望，包括未来改进的方向。理论和实践的总结将有力促进节能和环境保护政策的实施，推动可持续性社会的发展进步。文章主要的创新性简图如下：

图1 聚酰亚胺电介质的应用及智能特性的发展。

图2 聚酰亚胺电介质的电击穿及电晕损伤过程。

图3 动态聚酰亚胺基因单元及连接酶的创新性思想。

图4 动态聚酰亚胺电击穿及电晕损伤机理。

团队认为确定适用的动态共价键、动态交联网络结构或离子聚合手段是能够开发出完全闭环可重复利用聚酰亚胺的关键。此外，应客观评估被回收、被修复聚酰亚胺材料的各项性能指标，以确定它们是否仍然具备支撑再次利用的性能。团队还首次提出通过调控聚酰亚胺低聚物的结构和性能来实现聚酰亚胺整体特性的调节。对于刚性聚合物（如聚酰亚胺）的修复，由于修复条件的苛刻和复杂性，首次提出了“可自修复”或“可自愈合”的适应性新概念，其目的是更准确地反映这一类刚性材料的动态特性，并向读者展示优化的处理思路和方法。本工作近期以“Rising of Dynamic Polyimide Materials: A Versatile Dielectric for Electrical and Electronic Applications”为题发表于Advanced Materials (Doi:10.1002/adma.202301185)上。第一作者为北京科技大学20级博士万宝全，通讯作者为北京科技大学查俊伟教授。

相关工作链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2022/tc/d2tc01605b

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/eem2.12427

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202207451

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202301185

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（责任编辑：xu）

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