可回收、可自愈、可重復使用的動態聚酰亞胺

日前，北京科技大學查俊偉副教授設計了一種低分子量聚酰亞胺基因單元，通過與聚酰亞胺連接酶交聯來制備智能薄膜。有趣的是，由于基因單位和連接酶組合的可變性，通過“含羞草”仿生策略，將聚酰亞胺膜設計為軟硬結合的三種形式，以適應不同的應用場景。同時，薄膜具有良好的降解效率、良好的可回收性和自愈性，可重復使用。

可回收、可自愈、可重復使用的動態聚酰亞胺

日前，北京科技大學查俊偉副教授設計了一種低分子量聚酰亞胺基因單元，通過與聚酰亞胺連接酶交聯來制備智能薄膜。有趣的是，由于基因單位和連接酶組合的可變性，通過“含羞草”仿生策略，將聚酰亞胺膜設計為軟硬結合的三種形式，以適應不同的應用場景。同時，薄膜具有良好的降解效率、良好的可回收性和自愈性，可重復使用。

                        圖1  薄膜的概念設計

含羞草的葉子一旦被觸摸就會立即合攏。從本質上說，它會本能地通過調節超分子網絡切換到相互連接、緊密的組織狀態，以增加葉片在暴露于外部刺激或感知危險時的硬度。以含羞草為靈感，成功制備了三種不同硬度和柔軟度的聚酰亞薄膜，以適應不同的惡劣環境。不同的處理溫度和時間會產生交聯程度不同的HTPI 薄膜。此外，還成功制備了具有完 PHT 結構的 PI 薄膜。調節氨基和醛基聚合形成 PHT 結構的過程，最終形成 HDCN 或 PHT 結構或兩者并存，使體系具有軟硬結合的特點。HTPI 薄膜可以有高達200℃的玻璃化轉變溫度和苛刻的分子鏈運動條件來適應極高溫的工作環境 。同時，還形成了軟 PI 膜，以適應損傷后的回收。

                                 圖2  薄膜的表征

其中值得一提的是HTPI 薄膜的自愈能力和可回收性，HTPI 薄膜復雜的分子結構和優良的降解能力使其具有許多令人驚訝的性能。200℃薄膜含有高度移動的 HDCN 動態結構，可發生可逆相互作用，使薄膜在一定的壓力和溫度下可能自愈合。在自愈能力的過程中，需要為薄膜提供微量酸打開 PHT 環，然后在200℃下重新聚合。實際上，PI基因單位與連接酶之間的可逆反應實現了這些。HTPI /260℃自愈合后的力學性能較原材料有所下降，這可能是由于微量酸導致重疊部分解離后交聯不完全所致。綜上所述，自愈 HTPI /260℃薄膜仍具有較好的力學性能。由于薄膜具有較高的熱穩定性、良好的機械性能、優異的抗電暈性和絕緣回收能 ，因此將選擇薄膜進行后續的可回收性探索。

                        圖3    HTPI薄膜的回收能力