西安交大在具有电树枝损伤高效修复绿色电介质领域取得重要进展

以电树枝为代表的电损伤是绝缘材料中最常见的电老化现象，严重影响聚合物绝缘材料长期服役寿命，是领域长期以来备受关注的经典问题。目前主要从预防和抑制的角度来应对电损伤，而如果能赋予绝缘材料修复能力，则可以为保障绝缘材料的可靠性建立一道新防线，对于延长设备使用寿命、提高电力系统运行稳定性具有重要意义。然而，传统可修复材料主要侧重于机械性能修复，许多用于实现修复的关键结构会显著影响材料的绝缘性能。因此，如何实现高效电损伤修复同时保障材料绝缘性能成为了可修复绝缘材料发展和应用的关键问题。

近日，西安交通大学电气工程学院张磊副教授课题组创新性地发展了氟代氨基甲酸酯新型动态化学键，并以此为基础研制出一种具有电树枝损伤高效修复能力的新型环氧绝缘材料。这种新型环氧材料能够对电树枝等多种损伤形式表现出良好的修复能力，而且能够实现多次重复修复。研究表明，氟原子的引入一方面降低网络重排过程的活化能，大幅改善了材料的损伤修复能力；另一方面，氟原子的电子散射作用还增强了材料的绝缘性能，最终同时实现了环氧树脂的损伤高效修复和高绝缘性能保持。

值得注意的是，这种新型环氧电介质还克服了传统环氧材料废弃后无法降解的难题，研究展示了新型材料作为保护绝缘涂层在特定环境下表现出了优异的降解特性。该项研究成果为可修复聚合物在传统电力系统及新兴电子设备中的应用提供了新思路。对实现电工材料全生命周期的科学低碳处置，推进资源节约集约利用、促进“双碳”目标实现具有重要理论与应用价值。


该研究成果以《氟代氨基甲酸酯构筑电损伤可修复的环氧绝缘绿色电介质》（Self-healing of electrical damage in insulating robust epoxy containing dynamic fluorine-substituted carbamate bonds for green dielectrics）为题在工程材料领域顶级期刊《材料视野》（Materials Horizons）（IF=15.717）发表。论文第一作者为西安交通大学电气学院博士生孙文杰，通讯作者为西安交通大学电气学院张磊副教授，西安交通大学为本论文的唯一单位。本研究工作的顺利开展得到了电气学院吕泽鹏教授的大力支持。《Materials Horizons》是英国皇家化学会在材料领域的旗舰期刊，发表了许多具有鲜明原创特色和突破性材料设计理念的研究成果。

张磊副教授是电气学院成永红教授团队成员，该项研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、电力设备电气绝缘国家重点实验室、西安交通大学青年拔尖人才计划等资助。团队近年来在新型功能聚合物电介质的开发，尤其是具有自修复、可降解回收聚合物电介质、聚合物电介质储能、聚合物电介质合成化学等方面取得了一系列成果。


论文链接：https://doi.org/10.1039/D3MH00040K