可回收、可自愈、可重復使用的動態(tài)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(lián)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(tài)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(lián)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(jié)超分子網絡切換到相互連接、緊密的組織狀態(tài)，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(huán)境。不同的處理溫度和時間會產生交聯(lián)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(jié)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(huán)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(yōu)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(tài)結構，可發(fā)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(huán)，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(xiàn)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(lián)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(wěn)定性、良好的機械性能、優(yōu)異的抗電暈性和絕緣回收能 ，因此將選擇薄膜進行后續(xù)的可回收性探索。

                        圖3    HTPI薄膜的回收能力