“耐高温又防水”的新型聚合物纳米复合材料问世，有望替代金属用于极端环境

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“耐高温又防水”的新型聚合物纳米复合材料问世，有望替代金属用于极端环境（ DOI: 10.3390/polym16243563）

导语：
日本与中国的联合研究团队近日开发出一种基于聚苯并咪唑-芳酰胺（poly(BI-co-A)）和二氧化硅纳米球的新型复合薄膜材料。该材料不仅具备极佳的耐热性能（10%热失重温度高达761°C），还通过脱水处理显著改善了表面疏水性，为未来在高温、高湿、腐蚀性环境中的应用提供了全新解决方案。

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一、背景：高性能聚合物的挑战
聚苯并咪唑（PBI）因其优异的热稳定性、机械强度和化学耐受性，被认为是极具潜力的“超级工程塑料”。然而，传统PBI材料存在柔性差、吸湿性强等问题，限制了其在实际中的应用。
为克服这些缺陷，研究团队通过分子结构设计，将柔性更好的芳酰胺（aramid）结构引入PBI主链，合成出一种新型共聚物——poly(BI-co-A)，在保留高热稳定性的同时提升了加工性和柔韧性。

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二、研究亮点：纳米复合 + 脱水处理**齐下
✅ 1. 引入二氧化硅纳米球，提升热稳定性
研究人员将300nm的二氧化硅纳米球以不同比例（10%–50%）掺入poly(BI-co-A)基体中，形成均匀分散的纳米复合薄膜。实验结果显示：

• 5%热失重温度（Td5）从578°C提升至663°C；
• 10%热失重温度（Td10）从699°C提升至761°C；
• 残炭率高达87%，表现出优异的阻燃性和热稳定性。
  

热稳定性提升的原因主要包括：

• 二氧化硅本身具有极高的热稳定性；
• 硅羟基与聚合物链之间形成氢键和界面相互作用，增强了结构稳定性；
• 纳米球起到了热屏蔽作用，延缓了聚合物链的热分解。
  

✅ 2. 脱水处理解决“吸水”问题
虽然二氧化硅提升了热性能，但其表面富含羟基，导致复合材料吸湿性增强，在高湿环境中性能下降。为此，研究团队采用500°C氮气氛围下热处理1小时的方法，对复合材料进行脱水处理。
结果表明：

• 表面接触角从55.2°（高度亲水）提升至84.2°（明显疏水）；
• 脱水后，水分子与材料表面的氢键作用显著减弱；
• 材料在高湿环境下的尺寸稳定性和力学性能得以保持。
  

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三、结构与性能表征：实验数据支撑

• FT-IR光谱证实二氧化硅成功复合，且脱水后表面羟基显著减少；
• SEM图像显示纳米球在聚合物基体中分散均匀，无明显团聚；
• EDS元素分析确认硅元素的存在，且溶剂残留完全去除；
• 接触角测试直观反映表面润湿性变化，验证脱水处理有效性。
  

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四、应用前景：有望替代金属与陶瓷该复合材料的综合性能使其在以下领域具有广阔应用前景：

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五、结语：绿色合成 + 性能卓越 = 未来材料之星
本研究不仅通过绿色可再生的生物基单体（DABA 和 ABA）实现了poly(BI-co-A)的合成，还通过纳米复合与热处理技术，成功制备出耐高温、低湿润性、结构稳定的高性能复合薄膜。这种材料有望在航空航天、能源、电子封装和防护涂层等高端应用中取代传统金属和陶瓷材料，成为下一代“超级塑料”的代表。