分子扭转构象锁定策略实现近玻璃化转变温度下介电聚合物的超高能量密度

为解决高玻璃化转变温度(Tg)介电聚合物在接近其Tg时电绝缘性能下降的难题，研究人员创新性提出分子扭转构象锁定策略，通过阻断分子内/间电子迁移路径，成功开发出在250°C下仍保持6.8×1013 Ω m?1超高电阻率的新型聚合物，并实现4.3 J cm?3的放电能量密度，为高温电容储能材料设计提供新范式。

　　

在新能源车辆和电力电子领域，迫切需要能在高温下工作的介电聚合物。传统高玻璃化转变温度(T_g)材料如聚酰亚胺(俗称Kapton)虽具有360°C的T_g，却因给体(D)-受体(A)单元间的电子离域效应导致工作温度(T_o)不足150°C。这项研究犹如给分子装上"扭曲锁"，通过密度泛函理论(DFT)计算揭示：聚酰亚胺中电子泄漏的罪魁祸首正是分子内酰亚胺环平面化和分子间D-A单元面对面堆叠。研究人员设计的分子扭转构象锁定技术，巧妙破坏了这两种电子迁移路径。最终获得的材料在接近其T_g的250°C时，电阻率高达6.8×10¹³ Ω m^?1，比传统聚醚酰亚胺(PEI)在50°C时的性能还优异2.4倍。更令人振奋的是，该材料同时实现了4.3 J cm^?3的超高放电能量密度，刷新了高T_g介电聚合物的性能纪录。这项研究为突破"材料在接近T_g时性能骤降"的行业难题提供了创新解决方案。