全有机聚合物介质设计，可承受极端条件

美国的研究人员结合了脂肪族和芳香族的理想特性，创造了一种热稳定性和能量密度优于市销聚合物的聚烯烃家族。这一概念抵制了合成介电聚合物的传统方法，并创造出最终可用于航空航天系统和风力涡轮机的材料。

“当选择一种聚合物作为电子应用中的电介质时，你想要确信你的材料在需要时能够绝缘，并且在极端的环境操作条件下不会导电——为此你需要一个强大的带隙，”他说格里高利Sotzing来自康涅狄格大学，他领导了这项工作。他解释说，商业上使用的聚合物电子可以分为两组:刚性脂肪族聚合物或柔性共轭芳香族聚合物。虽然这些适用于日常应用，但它们不能很好地应对高温或极端电场。

与计算化学家合作，该小组发现刚性双环脂肪族上的自由旋转结构基团是在高温范围内有效绝缘的关键，这是由于偶极子侧基的π -π堆叠最小化导致大带隙。计算得到的聚氧氟降冰片烯聚合物在高温下保持4.5eV或更高的带隙，然后才开始失去结构并变形。“我们利用了两个世界的优点:使用脂肪族时获得的高带隙特性和芳烃的高热稳定性。当你加热我们的聚合物聚氧氟降冰片烯时，它在220°C的长时间运动中仍能很好地保持刚性。”

“在任何介电系统中同时实现高电场和高温稳定性总是具有挑战性的。这项研究非常令人兴奋，因为目前，维持高电场和热稳定性的全有机聚合物目前具有相对较低的能量密度，”评论道拉贾·库马尔·古普塔他在坎普尔印度理工学院(Indian Institute of Technology Kanpur)的研究涉及开发用于能源应用的多功能混合纳米结构。“可自由旋转的吊坠-CF_3.在元位和对位会导致更高的自由体积，从而更高的能量密度。这些数值比热稳定聚合物和聚酰亚胺、聚醚醚酮等聚合物纳米复合材料更有前景。”

Sotzing说:“例如，当你试图通过添加氮化硼来提高热稳定性时，我们的方法消除了复合材料制造中可能出现的缺陷来源。”“我们希望我们的研究可以应用于极端条件下对材料完整性的信心对于安全性能至关重要的领域。”这可能应用于难以维修的风力涡轮机、用于法令或太空旅行的电力推进系统以及高密度微电子学。此外，“由于聚氧氟降冰片烯异构体在较高温度下仍能保持其性能在可接受范围内，超过了其他知名聚合物，我们也不需要额外冷却。”

形意拳黄上海交通大学(Shanghai Jiao Tong University)的聚合物科学与工程专家李安(音译)说，尽管这种聚合物的输出功率是目前报道的最好的介电聚合物的近两倍，而且还能承受近10万次高场次循环而不疲劳，但这并非没有代价。“报道的聚氧氟降冰片烯聚合物的介电常数非常低，以至于要实现可观的储能密度需要应用超高电场，这不利于介电薄膜的连续运行。”此外，任何残留的金属催化剂都会大大降低介电聚合物的击穿强度，特别是在高温下，因此需要开发替代非金属反应体系。”

Sotzing补充道:“看到我们利用这一策略能达到如此高的水平，真是令人兴奋。”“我们目前正试图将极限进一步提高到300°C，峰值放电能量超过10J/cm^3.；我们的目标是创造出能够在这种极端条件下安全运行的电介质。”