在现代电子工业快速发展的背景下，聚合物薄膜电容器的应用场景日益广泛，但其低储能密度和耐高温能力不足等问题逐渐凸显，难以满足电子设备小型化、微型化和轻量化的需求。湖南工业大学刘亦武教授团队聚焦这一难题，通过创新性地调控聚酰亚胺（PI）中苯环的堆叠方式，成功实现了 PI 在高温条件下的优越电容能量存储性能，为聚合物电介质材料的发展提供了新的方向。

该团队在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》上发表的成果指出，传统 PI 分子结构中的刚性苯环虽赋予其高玻璃化转变温度，却因静电相互作用导致苯环堆叠产生固有电势差，促进分子链间电荷传输，增加电导损耗，降低储能性能。为解决这一问题，研究团队巧妙地将酰肼结构引入 PI 骨架，促进氢键形成，构建出具有相同电势的苯环堆叠结构，有效抑制了链间电荷传输。实验结果显示，改性后的 PI 在 150℃和 200℃时分别实现了 9.34 J/cm³和 6.16 J/cm³的超高放电能量密度，相较于未改性的 PI，其储能性能显著提升。这一成果不仅深入探究了苯环堆叠方式对 PI 电容性能的影响机制，还为设计适用于高温电容器的聚合物电介质开辟了新思路。

在研究过程中，团队以间苯二甲酰肼为二胺单体，引入双重酰胺键，通过密度泛函理论计算和多种测试分析手段，详细研究了酰胺键引入对 PI 分子链结构、聚集态结构以及热性能、力学性能、介电性能等方面的影响。结果表明，酰胺键的引入成功破坏了原有苯环的堆叠方式，降低了聚合物的自由体积，增加了氢键数量，并使 PI 的玻璃化转变温度显著提高，热稳定性和力学性能得到增强。同时，改性 PI 的介电常数因偶极矩增大和偶极子密度增加而提升，介电损耗保持在较低水平且温度依赖性低，击穿场强也全面提高。这些性能的改善共同作用，使 PI 在高温下的电容性能得到大幅提升，展现出优异的储能性能和循环稳定性。

来源：https://mp.weixin.qq.com/s/-7_OKd4lExq5GXnTZgZL2g