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【高分子循环再利用】获悉，“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。
此外，查俊伟教授团队在动态聚酰亚胺的近年成果还有：
1. 通过引入含二硫键的二胺单体，成功制备出具有自修复功能的DPI薄膜，同时保持高热稳定性和电击穿强度。进一步调控分子链段和引入新型交联剂，制备出性能更优的DPI材料。为提升DPI在极端环境下的适应性和回收效率，作者团队引入PI扩链剂，不仅增强了DPI的修复能力，还实现了单体的高效回收。
AM：动态聚酰亚胺介电薄膜：概念与应用视角的前沿解析
链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202312829
2. 进一步突破研究聚酰亚胺材料动态特性过程中面临的修复条件困难，回收效率低的关键问题，首次实现聚酰亚胺杂化膜单体回收。该团队在尽可能保证聚酰亚胺自身优异的热、化学稳定性，高绝缘、机械性能的同时，在聚酰亚胺基因单元和连接酶 (Adv. Mater. 2023, 35, 2207451) 的基础上引入聚酰亚胺扩链剂的概念，进一步提升聚酰亚胺杂化体系中的动态亚胺键的含量，实现高效率修复和超强单体回收，完成聚酰亚胺杂化膜在电或机械损伤失效后的回收再利用。
清华&北科大联手AM：聚酰亚胺杂化膜动态特性研究新突破
链接： https://doi.org/10.1002/adma.202304175
3. 一种低分子量聚酰亚胺基因单元，通过与聚酰亚胺连接酶动态交联来制备智能薄膜。由于基因单元和连接酶组合的可变性，通过“含羞草”仿生策略，将聚酰亚胺设计为软硬结合的三种形式，以适应不同的应用场景。同时，薄膜具有良好的降解效率、优异的可回收性和可修复性，并且可重复使用。
AM：受含羞草启发 - 动态可持续聚酰亚胺电介质薄膜
链接： https://doi.org/10.1002/adma.202207451
电介质聚酰亚胺作为绝缘材料在电力系统和电子设备中普遍存在。高温、高压和高场强等恶劣环境下长期应用，需要动态聚酰亚胺来应对电气或机械损伤等不可逆失效过程。其中，需要解决的关键科学问题在于如何对刚性聚酰亚胺的分子结构进行设计，以实现动态可逆特性。
为此，2024高分子材料循环再利用大会 特别邀请到 北京科技大学 查俊伟 教授，他将分享 《动态柔性电介质材料设计与智能化》。
嘉宾简介：
查俊伟，北京科技大学教授、博导，国家优青，IET Fellow，IEEE高级会员。获中国复合材料学会青年科学家奖、省部级自然科学一等奖2项，复材学会科学技术奖二等奖1项。长期从事电介质储能材料、绝缘导热、智能柔性电工材料及长寿命可靠性等领域研究，已在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Chemical Reviews等国际知名期刊发表论文200余篇，他引9000余次，授权国家发明专利17项；主编/合著英文书籍5部；现担任IET Nanodielectrics等多个期刊副主编/编委，中国电工技术学会储能系统与装备专委会副主任/工程电介质专委会委员，中国复合材料学会理事/介电高分子复合材料与应用专委会秘书长等。
报告摘要：
柔性电工材料是先进电工装备、电子器件等领域发展的重要基础。然而由于材料长期处于高温度、高压力及高电场等恶劣环境中，其会面临机械、放电等损伤失效的问题。而良好的动态特性能够恢复材料的各项性能指标，促进多次循环利用。因此，从材料结构出发设计制备具有高绝缘特性的柔性电工材料将有利提升器件与装备的可靠性。同时，实现电介质材料损伤后的循环再利用也将进一步提升其使用寿命，推动可持续器件与装备的发展。
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