传统石油基聚酰亚胺（PI）是微电子领域中不可或缺的材料。然而，这些聚合物面临着巨大的挑战，包括有限的化学可改性、可持续性问题以及芳香族二胺的潜在致癌性。基于大豆素的单体是一种很有前景的替代品、具有类似的刚性和多功能性。本研究在前期生物基聚酰亚胺的研究基础上（ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 4789−4799）将芳香环和α，β-不饱和酮结构整合到PIs主链中，以实现直接传感编程。骨架结构中丰富的芳香环赋予了与传统PI相似的机械性能和耐溶剂性，而α，β-不饱和酮结构则进一步增强了PI的灵活性和传感编程能力。酮结构进一步增强了柔韧性和传感能力。尤其是主链中不饱和酮的选择性还原，调节了材料吸收和扩散水蒸气分子的能力。吸收和扩散水蒸气分子的能力，从而促进对湿度的直接反应。所构建的传感器可实现超快响应/恢复时间（15 毫秒/95 毫秒）。这项工作说明了生物基PIs的可持续设计，并激发了编程生产具有针对性应用的柔性传感器的潜力。
![]()
生物基聚合物的发展至关重要，因为它在缓解环境问题、减少对化石资源的依赖和减少碳排放方面起着关键作用。通过将可再生单体纳入普通聚合物中，在开发可持续聚合物（如聚乳酸、聚酰胺和聚酯）的商业努力方面取得了显著进展。聚酰亚胺（PIs）因其在电子、能源和航空航天领域的广泛应用而被认为是高分子材料的金字塔尖的材料。传统上，PI是由石油基二酐和二胺单体与许多主链“芳香单元”。然而，具有相同必要结构的天然化合物很少，这对于开发具有类似性能的生物基PI来说是一个重大的工程挑战。华南理工大学的研究团队通过重新对化学结构进行设计。获得了一系列可用于不同湿度环境的柔性传感器。该工作以“Structurally programmed bioderived polyimide for foldable humidity sensors with ultrafast response and recovery times”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。华南理工大学材料科学与工程学院严玉蓉教授、华南理工大学前沿软物质学院张睿教授、华南理工大学材料科学与工程学院邱志明副教授为本研究工作的共同通讯。论文的学生作者依次为华南理工大学材料科学与工程学院博士生龚彩红、前沿软物质学院博士生刘慧隆、材料科学与工程学院博士生伍绍吉、材料科学与工程学院硕士生刘钊、设计学院硕士生郑苏桐、中国电子产品可靠性与环境试验研究所唐雁煌先生。![]()
图1大豆苷元基PI的制备工艺、性能及应用。
![]()
图 2. 大豆素基PI的理化性能。
![]()
图3 大豆素基PI湿度传感器的性能
![]()
图4 大豆素基湿度传感器的水分子吸收和扩散分子模拟结果
![]()
图5 大豆素基PI的湿度传感器的应用
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157172
![]()
