祝贺团队侯水亭博士生和刘泳斌副教授以共同第一作者身份在《Chemical Engineering Journal》 发表论文，通过在PEI聚合物中引入侧基实现了聚合物基电介质高温储能性能的显著提升。
- 发布时间：
- 2025-07-05
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- 祝贺团队侯水亭博士生和刘泳斌副教授以共同第一作者身份在《Chemical Engineering Journal》 发表论文，通过在PEI聚合物中引入侧基实现了聚合物基电介质高温储能性能的显著提升。
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随着新能源汽车以及地下油气勘探的的发展，电介质薄膜材料的应用不再局限于室温，极端温度环境使得耐高温电容器的需求日益迫切。早期关于高温介电聚合物的研究重点在于提高其玻璃化转变温度（Tg）和热稳定性，例如 Tg 约为 360 °C的聚酰亚胺 Kapton PI 和Tg约为330°C的芴基聚酯 FPE。然而，电热过程会促进电子的激发，高温和强电场作用增加电荷载流子浓度和加速载流子迁移，从而导致介电聚合物的传导损耗急剧增加，能量存储密度显著降低。
针对上述问题，西安交通大学科研团队提出了空间位阻效应策略，也就是保持聚合物主链刚性不变的前提下，通过在PEI的二胺苯环上引入侧基减弱相邻苯环间的静电相互作用来抑制电荷转移。同时，不同类型的侧基构建了不同深度和不同密度的能级陷阱，深陷阱捕获电热激发的载流子使漏导电流密度显著降低。侧基形成的空间位阻还提高了聚合物链的构象热稳定性，在升温过程中PEI衍生聚合物的主链链间距相比于基础PEI只有小幅度变化。该成果不仅为脉冲电容器提供了一种高性能耐温储能电介质材料，也表明空间位阻效应是一种提升高温储能性能的有效手段。
图1 (a) PEI-CF3聚合物薄膜的TSDC曲线和三个拟合峰；(b) 拟合峰3的陷阱能级和陷阱密度；(c) 测量的光学带隙图；(d) 分子链间电荷转移的示意图；(e) 通过 DFT 计算得出的二胺苯环和二酐苯环的平均静电势的总结以及PEI和PEI衍生薄膜中两个苯环之间静电势的差异；(f)PEI、PEI-Cl 和 PEI-CF3 薄膜的链间距离随温度的变化趋势。
该研究成果以题为《Side group induced steric hindrance effect in polyetherimide derived polymers for high-temperature capacitive energy storage performance》的论文发表在《Chemical Engineering Journal》（影响因子为13.2）。论文第一通讯单位为西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室，侯水亭博士和刘泳斌副教授为共同第一作者，电气工程学院高景晖教授和前沿科学技术研究院娄晓杰教授为共同通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.165324
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