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CCS Chemistry 线性增长与三维延伸调控交联结构PE


发布者:bbin直营现金网 日期:2021-02-04 08:56


  CCS Chemistry是由中国化学会创办的高水平旗舰新刊,面向全球科学家,收录化学各领域高质量原创科技论文。关注CCS Chemistry,即时获取期刊相关资讯。

  吉林大学张云鹤教授课题组通过调控可自交联聚醚酰亚胺(PEI)分子链的线性增长与分子链三维延伸形成网络结构间的关系,得到了一类具有优异介电储能性能的耐高温聚合物电介质材料。

  电介质材料在现代电子工业和先进的储能应用中起着至关重要的作用,被广泛应用于航空航天、混合动力汽车以及先进的电磁脉冲系统等。聚醚酰亚胺(PEI)具有良好的热、力学性能以及较低的介电损耗和优异的储能性能,被认为是最有前途的高温储能聚合物电介质材料。PEI的分子结构中局部链段及官能团的运动会随着温度升高而增加,这将导致聚合物的次级松弛。这种松弛对PEI的介电性能非常不利,特别是在高温、高电场的情况下,会造成材料漏电流增大,传导损耗增大,进而储能密度降低,充放电效率大大降低。

  聚合物交联可以有效减少由分子链段运动造成的松弛现象,提高聚合物材料耐高温性能、击穿强度和充放电效率。在众多交联反应基团中,苯炔基具有独特的优点:首先,可通过调节分子链的长度来控制交联的程度;其次,交联过程无需交联剂且没有挥发性物质逸出,可以避免缺陷的产生,这是制备高质量电介质薄膜材料的关键;且交联后形成的网络结构可以大大提高聚合物的热学和力学性能。

  吉林大学特种工程塑料教育部工程研究中心张云鹤教授课题组结合聚醚酰亚胺及苯炔基基团的优点制备了一系列可自交联的PEI低聚物。苯炔基在氧气下的交联反应包括两个过程:分子链段的线性增长及分子链段三维延伸形成网络结构。其中,聚合物分子链增长可以改善薄膜的力学性能及表观形貌;分子链段三维延伸形成网络结构可有效抑制松弛现象,提升介电性能(图1)。

  通过控制交联条件及交联基团含量,调控聚合物分子链的线性增长与分子链三维延伸形成网络结构间的关系,得到了具有优异介电储能性能的耐高温聚合物电介质材料。最优交联结构的PEI薄膜,500 MV/m、150℃时,放电能量密度高达3.6 J/cm3,充放电效率为96.5%。在目前已报道的聚合物电介质材料中具有最优异的高温储能性能(图2)。

  该研究中分子链增长及三维网状结构的形成都利于改善薄膜的性能,介电性能的提升主要来源于三维网状结构的形成,可在一定交联度下有效限制分子链段运动、抑制PEI的β松弛。这种交联体系的构建既可以改善薄膜的力学性能还可以提高薄膜的介电性能,是制备介电性能优异的聚合物电介质薄膜材料的有效方法,所得到的耐高温聚合物电介质材料将在先进储能领域中具有广阔的应用前景。该工作以Communications的形式发表在CCS Chemistry,已在官网“Just Published”栏目上线。

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  原标题:《CCS Chemistry 线性增长与三维延伸调控交联结构,PEI薄膜制备优异高温储能电介质材料》


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