聚烯烃电缆绝缘材料因其优良的介电性能、力学强度与工程应用成熟度，长期以来一直是高压直流（HVDC）电缆的主流选择。然而，在实际服役过程中，绝缘层需长期承受高电场、热负荷、机械应力等多物理场耦合作用，会诱导空间电荷积累与电场畸变，促使微观缺陷（如微裂纹、电树枝通道、局部放电/电晕损伤）持续演化，最终导致绝缘性能衰退并显著提升失效风险。与此同时，传统聚烯烃电缆绝缘在网络结构上缺乏可逆重构通道，使其难以实现损伤后的自修复与退役后的高价值再加工循环利用，从而在“长期可靠性”与“全寿命可持续”两方面同时面临严峻挑战。

  针对上述问题，查俊伟教授团队聚焦动态交联聚烯烃电缆绝缘的自修复与可回收设计，取得了一系列阶段性进展，并于2025年12月先后在Advanced Materials与Energy & Environmental Materials期刊相继发表聚乙烯/聚丙烯相关研究成果。其中，针对传统交联聚乙烯（XLPE）难修复和难回收问题提出了一种创新策略，通过催化胺化实现可控功能化改性，并结合动态共价化学构建了可拓扑重排的双动态键共价适应性网络（CANs），该方法将传统XLPE的“强永久交联”与“弱动态共价交联”耦合，在保持电缆绝缘基础性能的同时，实现机械/电损伤后的本征自修复与多路径回收再加工，并在高温高场下显著抑制空间电荷诱导的电场畸变。同时，针对聚丙烯复合绝缘多相不相容引发的空间电荷积聚与长期可靠性差的问题，通过动态共价化学在界面构建“分子桥”，实现了复合体系相容性、绝缘强度、本征自修复与可回收的性能协同提升。此创新思路为商用聚乙烯/聚丙烯电缆绝缘材料的可持续替代与工程化应用提供了新路径。

  2025年12月12日，相关工作以“Covalent Adaptable Network Enables Sustainable Polyethylene for Next-Generation Cable Insulation”为题发表在《Advanced Materials》上（DOI：10.1002/adma.202516696）。文章第一作者为北京科技大学23级博士生张文业，通讯作者为华北电力大学查俊伟教授和清华大学万宝全助理研究员。

  作者构建了一种面向聚烯烃电缆绝缘的“可重构交联网络”方案，通过催化功能化改性引入可调反应位点，尽量避免传统自由基路径带来的链断裂与非受控交联，再引入两类协同的动态共价键，形成“热触发可逆重组 + 快速交换”的网络重排机制，从而在机械与电气损伤后实现高效自修复，并支持多次溶剂回收与机械回收再利用。此外，网络设计采用“永久交联作为骨架支撑 + 动态共价交联赋能”的双网络协同策略：永久网络保障服役期间的热固性稳定与结构完整性，动态网络提供可重构拓扑以实现自修复与可回收，最终在基础性能与动态功能之间实现兼顾与平衡。

图1. “强-弱双交联”聚乙烯绝缘的结构设计。

  通过分子结构再设计，该CANs体系在基本不改变介电常数的前提下显著提升了电气可靠性。DFT分析表明，引入适度极性基团可形成深陷阱并增强电子亲和力，从而在高温高场工况下有效抑制空间电荷的注入与积累，降低电场畸变并提升电场分布的均匀性。同时，材料在高温直流电场下表现出更稳定的电导与更强的电荷迁移抑制能力，体现出面向HVDC电缆绝缘的优异绝缘稳定性与耐高场潜力。

图2. CANs的电气性能和DFT模拟。

  通过引入可逆D-A反应与S-S键交换构建的动态共价网络，材料在120 ℃热刺激下触发网络拓扑重排，实现高效本征自修复：划痕/裂纹可有效愈合，电晕与电树枝等电损伤后击穿强度可恢复至接近初始水平，甚至对击穿孔洞等严重缺陷也具备一定的重构修复能力（强度恢复达83%）。同时，该动态网络支持机械回收与溶剂回收，多次循环后仍能维持稳定的结构与性能，为聚烯烃电缆绝缘的可持续回收提供了可行路径。

图3. 机械和电气损伤后的自修复性能以及多次可回收性。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202516696