通过向聚酰亚胺中引入酯键改性，可在降低高频介电损耗的同时保持低吸水、高强度、高耐温以及良好的尺寸稳定性等优点，有望应用于5G高频通讯的天线基材及相关耐高温高频低介损领域。因此研究酯键对于聚酰亚胺的改性构效关系具有重要意义。

      基于上述背景，深圳大学化学与环境工程学院低维材料基因工程研究组鲍锋团队通过改变酯键在芳香二胺中的取代位置，合成了一系列分子链线性程度有序变化的聚酯酰亚胺（图1），并研究了其分子链柔性、聚集态结构与吸水率、高频介电性能以及尺寸稳定性的关系。使用DSC与TGA-DTG对合成的聚酯酰胺酸亚胺化过程进行监测（图2），结果表明在300 ℃时亚胺化基本完全。通过表面静电势模拟对六种聚合物片段的极性模拟（图3），分子链柔性通过DSC测得的玻璃化转变温度进行表征（图4），结果表明所制得的六种样品极性相近，链柔性依次变化。

图1 不同链柔性聚酯酰亚胺的合成路线。

图2 不同柔性聚酰胺酸的亚胺化：(a)DSC谱图；(b)TGA-DTG谱图。

图3 不同柔性聚酯酰亚胺片段的表面静电势分布：(a) PI-pNp-T; (b) PI-ppp-T; (c) PI-mNm-T; (d) PI-mpm-T; (e) PI-pmp-T; (f) PI-mmm-T。

图4 不同柔性聚酯酰亚胺的DSC第二次升温曲线。

      介电性能测试表明酯键的引入使所有聚酯酰亚胺薄膜都具有较低的介电损耗因子（图5）。在干燥条件下，10 GHz时的介电损耗因子从0.0021到0.0038 不等。出乎意料的是，具有最柔韧分子链的 PI-mmm-T 在干燥（0.0021 @ 10 GHz）和吸湿（0.0029 @ 10 GHz）条件下都表现出最低的介电损耗。此外，观察到的吸湿后介电损耗的增加表明，聚酯酰亚胺在应用中的高介电损耗可能归因于其吸湿性，而吸湿性与分子链中取代位置引起的柔性变化与聚集态结构变化有关（图6）。该研究揭示了柔性与高频介电损耗之间关系，为合成具有优异介电特性的芳香族聚合物提供了新的视角。

图5 不同柔性聚酯酰亚胺干燥与吸湿后的高频介电性能。

图6 不同柔性聚酯酰亚胺分子链形态与分子间空隙示意图。

       该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。李亚东博士研究生是该论文的第一作者，鲍锋博士与丁小斌研究员为通讯作者。

原文信息：

Molecular Chain Flexibility and Dielectric Loss at High-Frequency: Impact of Ester Bond Arrangement in Poly(ester imide)s

Li, Y. D.; Li, H.; Feng, L. K.; Bao F.; Wang, M. L.; Zhu, C. Z.; Zheng, Z. H.; Ding, X. B.; Xu, J.

Chinese J. Polym. Sci.  

DOI: 10.1007/s10118-024-3140-6