DNA启发的自互补氢键网络：实现聚酰亚胺材料热力学与光学性能的稳定解耦

本文创新性地提出基于氮杂吲哚修饰二胺的仿生策略，通过构建类DNA碱基配对的自互补氢键网络，将传统聚酰亚胺（PI）的给体-受体（D-A）堆叠重构为给体-给体（D-D）构型。该设计使薄膜截止波长蓝移>35 nm（T550 nm>85%），同时保持优异热稳定性（Td5%>550°C，CTE50-350°C:15.4-33.6 ppm·K?1），突破光学透明性与热机械性能的固有矛盾，为柔性光电器件基材提供新范式。

　　

亮点

受DNA双螺旋精确碱基配对的启发，本研究通过氮杂吲哚修饰二胺构建自互补氢键网络，将聚酰亚胺传统给体-受体（D-A）电荷转移路径重构为给体-给体（D-D）分子构型。这种"几何阻断-动态增强"机制使薄膜在保持高热稳定性（T_d^5% >550°C）的同时，实现截止波长显著蓝移（>35 nm），酮类聚酰亚胺击穿强度达585.6 MV/m，醚类聚酰亚胺在350 MV/m下能量密度达2.46 J/cm³（效率85%）。

材料与方法

所有化学品直接使用，4种二胺单体（IPA/PPA/IPPA/PPPA）合成详见附录。通过两步法制备聚酰亚胺薄膜：先在氮气保护下将二胺单体（2 mmol）溶于无水DMAc，分批加入二酐单体（BTDA/BPADA）生成聚酰胺酸（PAA），再经热亚胺化获得薄膜。

单体与聚酰亚胺的表征

¹H NMR显示所有单体均具特征性N-H质子信号（IPA: δ=11.67，PPA: δ=12.18）。FT-IR（图S3）和高分辨质谱（图S4）证实单体成功合成。氮杂吲哚修饰的PPA系列在BTDA体系中表现尤为突出，其氢键网络使分子链堆叠密度提升23.7%，而CTE降低至15.4 ppm·K^?1。

结论

通过模拟DNA碱基配对设计的氮杂吲哚基聚酰亚胺薄膜，首次实现光学透明性与热稳定性的协同增强。该策略将电荷转移效应从"光学缺陷"转化为"力学增强元件"，为柔性光电基材开发提供新思路。