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聚酰亚胺膜材料分子结构设计强化CO_(2)渗透性研究进展

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化工学报 2024年第4期75卷 1137-1152页

作者：张子佳仇昕月孙翔罗志斌罗海中贺高红阮雪华大连理工大学化工学院盘锦分院辽宁盘锦124221 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东广州510663

膜技术基于渗透性差异实现天然气无相变脱碳,节能优势显著,此外膜装置的模块化制造可以灵活应对非常规天然气开采规模的大幅变化。聚酰亚胺(PI)是一种广泛研究的玻璃态聚合物膜材料,脱碳选择性较高、化学稳定性好,近年来在天然气脱碳领... 详细信息

膜技术基于渗透性差异实现天然气无相变脱碳,节能优势显著,此外膜装置的模块化制造可以灵活应对非常规天然气开采规模的大幅变化。聚酰亚胺(PI)是一种广泛研究的玻璃态聚合物膜材料,脱碳选择性较高、化学稳定性好,近年来在天然气脱碳领域已实现工业应用。尽管如此,通过分子结构设计提升聚酰亚胺膜的渗透性,从而大幅降低膜装置建设成本和占地面积,仍是未来的重要研究方向。从气体在玻璃态聚合物膜中的渗透传质机制出发,归纳总结了芳香族聚酰亚胺在链段构型与柔顺性、大位阻侧基、主链轴节结构等方面的设计进展以及膜材料自由体积分数和气体渗透系数随之发生变化的内在规律,对聚酰亚胺膜材料分子结构设计的未来发展方向进行了展望,兼顾考虑自由体积分数和自由体积空穴尺寸分布范围是同时提高渗透性和选择性的重要途径。

关键词：天然气脱碳膜分离聚酰亚胺分子结构渗透性自由体积

单能电子突增对地球同步轨道卫星聚酰亚胺介质的深层充电效应影响

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高电压技术 2024年第07期50卷 3182-3190页

作者：乌江郅屹搏王廷玉张博尚鹏辉曹雯西安工程大学电子信息学院西安市电气设备互联感知与智能诊断重点实验室电子科技大学长三角研究院(湖州) 西安交通大学电气工程学院

地球同步轨道时常会发生某单一能量附近高能电子通量突增现象，大量电子注入导致航天器绝缘介质充电效应更加显著。为了更好地评估单能电子突增现象下地球同步轨道航天器介质内部充电水平，建立了3mm厚平板聚酰亚胺三维模型，采用了一... 详细信息

地球同步轨道时常会发生某单一能量附近高能电子通量突增现象，大量电子注入导致航天器绝缘介质充电效应更加显著。为了更好地评估单能电子突增现象下地球同步轨道航天器介质内部充电水平，建立了3mm厚平板聚酰亚胺三维模型，采用了一种高能电子辐射和电场数值计算的Geant4-COMSOL联合充电评估方法，分别获得了0.4、0.7、1.0与1.3MeV这4种单能电子以及地球同步轨道FLUMIC电子能谱辐射下聚酰亚胺内部电荷沉积速率和辐射剂量率分布，同时计算了其内部电场强度和电位分布；将单能电子与FLUMIC能谱叠加，研究了叠加辐射环境下聚酰亚胺内部电场和电位分布，并通过电荷传输过程分析了辐射条件与材料特性对电场强度和电位的影响规律。结果表明，在特定绝缘结构下，0.7Me V单能电子入射产生的电位最高；1.0Me V单能电子入射产生的电场强度最高；当同步轨道发生单能电子突增现象时，1.0Me V电子突增加强了电场强度，1.3MeV电子削弱了电场强度，基于电荷传输过程解释了叠加辐射环境下的充电规律。研究表明，地球同步轨道下特定结构绝缘介质在发生单能电子突增时，注入电子会导致充电效应加强而产生最坏情况，而更高的电子能量反而穿透材料并提升介质电导率，有效地降低了材料内部电场。

关键词： Geant4 地球同步轨道电子突增现象聚酰亚胺深层充电电荷传输过程

氟化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的导热和电绝缘性能

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吉林大学学报（工学版） 2024年第3期54卷 663-673页

作者：杨超姚青云唐双美陈其龙覃峰桂林理工大学无机纳米粉体及应用工程研究中心广西桂林541004 广西路建工程集团有限公司总工程师办公室南宁530001 广西交通职业技术学院路桥工程学院南宁530023

为提高聚酰亚胺基复合材料的导热和电绝缘性能,通过超声剥离制备了氟化石墨烯纳米片,采用热压取向制备了具有水平定向导热特性的氟化石墨烯/聚酰亚胺复合膜,研究了氟化石墨烯添加量对复合膜导热和电绝缘性能的影响规律。结果表明:增加... 详细信息

为提高聚酰亚胺基复合材料的导热和电绝缘性能,通过超声剥离制备了氟化石墨烯纳米片,采用热压取向制备了具有水平定向导热特性的氟化石墨烯/聚酰亚胺复合膜,研究了氟化石墨烯添加量对复合膜导热和电绝缘性能的影响规律。结果表明:增加氟化石墨烯添加量能提高复合膜的面内导热系数,氟化石墨烯质量分数为30%时,复合膜的面内导热系数为2.4 W/(m·K);氟化石墨烯添加量增加时,复合膜的直流耐压性能略有降低,但复合膜表面耐电痕性能增加,原因在于声子在复合膜中传递效率提升。上述研究结果可为制备高导热系数、高电绝缘性能的复合膜提供参考。

关键词：复合材料氟化石墨烯聚酰亚胺导热特性电绝缘性能

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直写3D打印聚酰亚胺-氧化硅气凝胶复合材料

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1879-1889页

作者：王鲁凯门静冯军宗姜勇刚冯坚国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073

特定几何体结构对实际应用场景中高效发挥气凝胶材料功能效应有着至关重要的影响。然而,受限于气凝胶的脆性、耗时制造周期和较差模具设计性,传统制造技术在气凝胶定制成型方面仍存在着挑战。直写3D打印技术可实现气凝胶按需塑型,并赋... 详细信息

特定几何体结构对实际应用场景中高效发挥气凝胶材料功能效应有着至关重要的影响。然而,受限于气凝胶的脆性、耗时制造周期和较差模具设计性,传统制造技术在气凝胶定制成型方面仍存在着挑战。直写3D打印技术可实现气凝胶按需塑型,并赋予气凝胶兼容材料组成和功能特性。本文提出了一种基于双通道互混挤出方式的直写3D打印策略,用于制备聚酰亚胺-氧化硅(OBS)气凝胶复合材料。受益于挤出过程中墨水与催化剂之间的流体扩散混合效应,化学酰亚胺化固化得以顺利实现,3D打印OBS气凝胶复合材料呈现出高结构完整性和高形状保真度。借助直写3D打印技术的空间组装优势,OBS气凝胶复合材料形成毫米、微米、纳米多尺度形貌,其中,微米尺度复合结构使3D打印OBS气凝胶复合材料表现出良好力学性能(杨氏模量高达14.4 MPa);纳米尺度多孔结构特征,如低密度(0.208 g·cm^(−3))、高表面积(373 m^(2)·g^(−1))和集中孔径分布(20~30 nm),赋予3D打印OBS气凝胶复合材料优异隔热性能(热导率低至21.25 mW·m^(−1)·K^(−1))。尽管本文仅关注于3D打印OBS气凝胶复合材料,但该3D打印策略的成功实施将为增材制造其他种类气凝胶复合材料提供了经验借鉴。

关键词： 3D打印氧化硅聚酰亚胺气凝胶复合材料

聚酰亚胺机械应力作用下的水蒸气阻隔性与分子构象机制

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高分子通报 2024年第8期37卷 1061-1072页

作者：韩立鑫张涵熊良涛张建华李浩源上海大学微电子学院上海201800

柔性器件使用过程中反复拉伸与折叠会改变封装材料微观结构,导致空气中的水等更容易进入器件内部,影响器件的性能和寿命。在微观层面理解拉伸过程中封装材料链构象变化和水蒸气阻隔性减弱机制有利于材料设计,从而改善封装材料的性能,延... 详细信息

柔性器件使用过程中反复拉伸与折叠会改变封装材料微观结构,导致空气中的水等更容易进入器件内部,影响器件的性能和寿命。在微观层面理解拉伸过程中封装材料链构象变化和水蒸气阻隔性减弱机制有利于材料设计,从而改善封装材料的性能,延长柔性器件的使用寿命。目前,常规实验手段很难从微观层面上分析聚合物链构象的变化。本文选取12种聚合物柔性封装材料聚酰亚胺(PI),通过分子动力学模拟拉伸和拉伸过程中水蒸气阻隔性的衰减,探究杨氏模量、自由体积和PI链构象之间的关系,深入理解拉伸过程中水蒸气阻隔性发生衰减的机制,在以上基础上提出采用交联的方法改善拉伸过程中水阻隔性衰减的策略。以上结果对聚合物封装材料的分子设计具有参考价值。

关键词：聚酰亚胺水蒸气阻隔性分子模拟自由体积链构象

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聚酰亚胺气体分离膜的物理老化现象浅析

化工进展 2024年第7期43卷 3923-3933页

作者：唐安琪魏昕丁黎明王玉杰徐一潇刘轶群中国石化北京化工研究院北京100013

气体分离膜技术是一项广受关注的新兴技术,芳香族聚酰亚胺是最具应用前景的气体分离膜材料之一。目前,学术界已对多种结构的聚酰亚胺进行了实验室规模的开发和研究,但在实际工业应用情境下,膜材料长期服役过程中的物理老化现象极大影响... 详细信息

气体分离膜技术是一项广受关注的新兴技术,芳香族聚酰亚胺是最具应用前景的气体分离膜材料之一。目前,学术界已对多种结构的聚酰亚胺进行了实验室规模的开发和研究,但在实际工业应用情境下,膜材料长期服役过程中的物理老化现象极大影响着气体分离性能的准确评估和工艺参数的合理设计。本文综述了当前针对聚酰亚胺类薄膜和非对称膜物理老化行为的研究现状,总结了前人提出的老化机理模型,分析了影响老化进程的主要因素,提出了物理老化的预防和改善方法。提出不易老化的气体分离膜用聚酰亚胺应具备的特质包括较强的分子链刚性、受限的链空间构型和合适的链间相互作用。未来相关研究的重点方向可能为聚酰亚胺新结构探索、交联剂开发、制备工艺优化等方面。

关键词：聚酰亚胺气体分离膜物理老化自由体积模型

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聚酰亚胺薄膜热氧老化稳定性研究进展

高分子材料科学与工程 2024年

作者：王静杨爽肖存勇于政印张俊沈阳航空航天大学材料科学与工程学院辽宁省先进聚合物基复合材料制备技术重点实验室

近年来，聚酰亚胺广泛应用于高温器件，因此对材料的耐温性提出了更高要求。聚酰亚胺（PI）在300 ℃以上的高温环境中会发生热氧老化导致材料性能下降。本文介绍了聚酰亚胺薄膜的热氧老化机理以及改性方法。首先介绍了聚酰亚胺的分子结... 详细信息

近年来，聚酰亚胺广泛应用于高温器件，因此对材料的耐温性提出了更高要求。聚酰亚胺（PI）在300 ℃以上的高温环境中会发生热氧老化导致材料性能下降。本文介绍了聚酰亚胺薄膜的热氧老化机理以及改性方法。首先介绍了聚酰亚胺的分子结构改性，主要总结了在链段中引入苯并咪唑和苯并噁唑等刚性结构以提高聚酰亚胺薄膜热稳定性的方法。其次介绍了填料共混改性，总结了通过引入层状硅酸盐、碳化物或金属氧化物以及高导热填料杂化的方法进一步改善耐高温PI薄膜的热稳定性能。简要介绍了表面改性、涂层改性PI薄膜热氧化稳定性的国内外研究进展与发展现状。最后对耐高温、高导热PI膜未来发展的方向进行了总结与展望。

关键词：聚酰亚胺热氧老化耐热性高导热改性

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聚酰亚胺超级电容器电极材料研究进展

工程塑料应用 2024年第1期52卷 156-162页

作者：丁成成俞娟黄培王晓东南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室南京211800

简述了超级电容器的应用优势及其电极材料的发展与特性,回顾了近几年聚酰亚胺及其衍生碳材料在超级电容器领域的最新研究进展,介绍了聚酰亚胺基多孔碳、碳纳米片、碳气凝胶以及碳纳米纤维等材料作为电极活性材料的研究现状,并分析了各... 详细信息

简述了超级电容器的应用优势及其电极材料的发展与特性,回顾了近几年聚酰亚胺及其衍生碳材料在超级电容器领域的最新研究进展,介绍了聚酰亚胺基多孔碳、碳纳米片、碳气凝胶以及碳纳米纤维等材料作为电极活性材料的研究现状,并分析了各自应用的优缺点及改进的方法。最后讨论了未来推进聚酰亚胺及其衍生碳材料在超级电容器领域的进一步发展应注重的研究方向,指出包括聚酰亚胺碳气凝胶、多孔碳纤维及自支撑膜电极以下几方面仍需研究。

关键词：聚酰亚胺超级电容器电极材料多孔碳电极

酸碱处理对聚酰亚胺膜浸润性能及力学性能的影响

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高分子材料科学与工程 2024年第6期40卷 85-91页

作者：王静肖存勇于政印杨爽张俊沈阳航空航天大学材料科学与工程学院辽宁省先进聚合物基复合材料制备技术重点实验室辽宁沈阳 110136

由于聚酰亚胺(PI)薄膜表面极性差、黏附性不好等缺点,限制了其综合性能的发挥.文中研究了氢氧化钠(NaOH)处理浓度对PI膜表面性能和力学性能的影响.采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜、原子力显微镜及静态接触角... 详细信息

由于聚酰亚胺(PI)薄膜表面极性差、黏附性不好等缺点,限制了其综合性能的发挥.文中研究了氢氧化钠(NaOH)处理浓度对PI膜表面性能和力学性能的影响.采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜、原子力显微镜及静态接触角和动态接触角分析分别对PI膜经酸碱处理前后的表面化学结构、表面元素分析、表面形貌、表面粗糙度及表面浸润性能进行了研究.利用拉力测试仪测试了不同NaOH浓度处理后的聚酰亚胺薄膜力学强度的变化.研究结果表明,PI膜表面的O/C比从未处理的27.70％增加到47.26％,表面能从27.65 mJ/m2提高到58.2 mJ/***结果表明,PI膜表面C—O活性基团含量增加,薄膜表面浸润性增加.随着NaOH浓度的增大,薄膜的力学强度显著下降,这与NaOH的水解作用有关系.

关键词：聚酰亚胺氢氧化钠表面能亲水性粗糙度