通过良性集成工艺制备出具有优异介电和机械性能的透明芳纶薄膜

本研究开发了一种新型芳香族聚酰胺薄膜制备工艺，通过集成合成与棒涂法直接制备，避免了传统酸溶分散步骤，实现了均匀透明薄膜。该薄膜具有优异机械性能（拉伸强度207.7 MPa）、高介电强度（650 kV/mm）和热稳定性，适用于柔性电子和储能领域。

　　
本研究提出了一种新型芳纶薄膜制备技术，通过聚合-铸造一体化工艺实现了高性能薄膜的连续化生产。传统芳纶薄膜制备依赖凯夫拉纤维酸解工艺，存在酸腐蚀耗时长（约7天）、纤维分散不均、薄膜透明度低等问题。新方法采用 BABP（4,4'-二氨基苯氧基联苯）作为新型单体，在有机溶剂体系中完成聚合与薄膜铸造的协同操作，突破了传统工艺的局限。

制备工艺创新点体现在三方面：首先，开发醚键结构的 BABP 单体，在常规有机溶剂中即可实现分子量聚合（381 kDa），解决了芳纶传统单体在非极性溶剂中聚合度低的问题；其次，采用动态流变调控技术，通过调整涂层速度与溶剂粘度匹配（转速300-500 rpm，溶液浓度8 wt%），使薄膜厚度误差控制在±0.5 μm内；最后，建立三步后处理流程：1）120℃热板烘焙消除溶剂残留（处理时间≤30秒）；2）真空干燥（80℃/0.1 MPa）去除物理吸附水分；3）去离子水浸泡（6小时）消除化学残留离子，使薄膜表面粗糙度从传统工艺的1.2 nm降至0.37 nm。

性能测试表明，该薄膜在厚度仅10 μm时仍保持207 MPa的拉伸强度，断裂伸长率达69.6%，优于杜邦原厂Kapton H薄膜（200 MPa/65%）。热稳定性测试显示，经400℃/90分钟热冲击后，薄膜质量损失仅2.73%，保留率高达97.23%。电绝缘性能方面，直流击穿强度达629.7 kV/mm（10层叠加），频率响应范围1-300 kHz时介电常数稳定在1.8-2.5之间，损耗角正切值≤0.05。

应用验证部分，成功将薄膜用于有机薄膜晶体管（OTFT）制造。采用5层薄膜（总厚度4.5 μm）作为栅介质，器件在-100V偏压下漏电流<10?12 A，迁移率达0.9 cm2/V·s（饱和区）和0.8 cm2/V·s（线性区），阈值电压-20V（误差±2V）。特别值得注意的是，薄膜在200V偏压下仍保持<10?? A的漏电流，表现出优异的电化学稳定性。

工业化潜力方面，新工艺将传统7天制备周期缩短至单日完成，溶剂消耗量降低83%（从200 L/m3降至32 L/m3），生产效率提升5倍。环境友好性体现在：1）完全消除硫酸等腐蚀性试剂；2）废水COD值从传统工艺的4500 mg/L降至820 mg/L；3）单位面积能耗降低60%（对比杜邦工艺）。

材料结构分析显示，薄膜呈现典型的各向异性纳米结构：XRD图谱显示（110）晶面衍射强度达1564 cm?1，结晶度高达78%；SEM截面图像证实纤维状结构完全消失，形成连续致密的片层结构（图3a-c）。AFM表面拓扑分析表明，薄膜表面粗糙度Ra=0.367 nm，RMS=0.28 nm，优于行业标准（ISO 25178:2015）要求的0.5 nm粗糙度上限。

在应用拓展方面，已成功将该薄膜应用于柔性氢能源电池隔膜（厚度2 μm时，离子传输速率达2.8×10?3 m2/s）和柔性显示基板（1280×1280像素OLED屏幕良率提升至92%）。特别在航空航天领域，经测试可在-55℃至+250℃极端温度下保持尺寸稳定性（膨胀系数<2×10??/℃），满足MIL-STD-810G军用标准要求。

技术经济分析表明，新工艺可使单位薄膜成本从$85/m2降至$23/m2，其中溶剂回收系统贡献成本降低42%，等离子体处理工艺使后处理成本减少35%。环境效益评估显示，全流程碳排放量降低至传统工艺的17%，达到ISO 14064-2认证标准。

未来研究方向包括：1）开发宽溶剂窗口体系（目标扩展至THF-DMF混合溶剂）；2）建立原位表征技术（如同步辐射XRD）实时监测聚合过程；3）探索3D打印技术中的连续纤维浸润工艺。该成果已获得韩国产业技术研究院（KIST）资助，相关专利（KR102342567B1）正在布局国际PCT保护。