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近年來，隨著動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵技術(shù)的發(fā)展，可修復(fù)機(jī)械損傷的聚合物電介質(zhì)材料已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。然而，關(guān)于高性能和可修復(fù)電損傷的高介電復(fù)合材料的相關(guān)研究仍鮮有報(bào)道。這主要是由于以下的技術(shù)瓶頸：（1）引入動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵可能導(dǎo)致材料性能下降，難以獲得兼具高介電性能和可修復(fù)性的高介電復(fù)合材料；（2）不同于單一組分的熱固性材料，高介電復(fù)合材料含有的較多填料限制了動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的修復(fù)作用；（3）不同于機(jī)械損傷，電損傷往往破壞材料有機(jī)結(jié)構(gòu)并生成殘?zhí)迹涓y被傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交換修復(fù)。

針對(duì)以上問題，西安交通大學(xué)電氣學(xué)院張冠軍教授課題組提出了一種創(chuàng)新性的解決方案。由于動(dòng)態(tài)二硫鍵在諸多動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵中具有反應(yīng)條件溫和、無需催化劑、多重響應(yīng)性、易于獲得等優(yōu)點(diǎn)，以此為啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種含動(dòng)態(tài)二硫鍵的環(huán)氧樹脂基高介電復(fù)合材料，通過在環(huán)氧基體和鈦酸鋇填料表面共同引入動(dòng)態(tài)二硫鍵結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)材料介電參數(shù)的改善和動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵修復(fù)能力的提升；引入硫醇洗脫手段去除表面閃絡(luò)后的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)絕緣材料電損傷的有效修復(fù)。研究結(jié)果表明該材料具有優(yōu)異的介電性能和耐熱能力，介質(zhì)損耗低于0.025（室溫下，0.1Hz），擊穿場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到26kV/mm（50Hz AC，1mm樣品），具有148°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度?？尚迯?fù)特性方面，該材料可以在180°C下加熱10分鐘以修復(fù)機(jī)械劃痕，并可以通過80°C下硫醇處理60分鐘實(shí)現(xiàn)表面電損傷的修復(fù)。該研究成果為可修復(fù)高介電復(fù)合材料在電子和電氣行業(yè)中的應(yīng)用提供了新的解決方案。對(duì)高性能，長(zhǎng)壽命高介電復(fù)合材料的實(shí)現(xiàn)提供了重要參考價(jià)值，具有很大的應(yīng)用潛力和轉(zhuǎn)化前景。

該研究成果以《環(huán)氧樹脂基高介電復(fù)合類玻璃材料：具有低介電損耗、高擊穿強(qiáng)度和表面電損傷可修復(fù)性》（Epoxy-based high-k composite vitrimer: With low dielectric loss, high breakdown strength and surface electrical damage repairability）為題，發(fā)表在化學(xué)工程領(lǐng)域頂級(jí)期刊《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal，IF = 15.1）。論文第一作者為西安交通大學(xué)電氣學(xué)院博士生張宇程，通訊作者為西安交通大學(xué)李文棟助理教授和張冠軍教授。該工作的第一完成單位為西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。該工作受到陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，中國(guó)電科院雙創(chuàng)孵化培育基金項(xiàng)目，中國(guó)博士后科學(xué)基金和國(guó)家自然科學(xué)基金等的資金支持。

張冠軍教授領(lǐng)銜的西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院“高壓放電與等離子體團(tuán)隊(duì)”，現(xiàn)有教授4人、副教授/副研究員4人、助理教授3人、工程師2人、在讀碩博研究生80余人。團(tuán)隊(duì)多年來專注高電壓絕緣與放電等離子體領(lǐng)域，開展氣、液、固與真空的復(fù)合絕緣放電特性、等離子體技術(shù)研究與工程應(yīng)用，涉及電氣工程與材料、航天、生物醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域和學(xué)科交叉。

目前，團(tuán)隊(duì)正在積極開展高性能、可修復(fù)、可回收的新型電介質(zhì)材料的相關(guān)研究。包括（1）開發(fā)主動(dòng)均化電場(chǎng)分布、耐電強(qiáng)度顯著提升的介電功能梯度絕緣材料；（2）研究具有特殊微介觀結(jié)構(gòu)、真空沿面絕緣強(qiáng)度大幅提升的表面改性技術(shù)；（3）積極探索電工絕緣材料的低碳環(huán)?；鉀Q方案等方面。相關(guān)成果發(fā)表于IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation、High Voltage、Composites Part B Engineering、AppliedSurfaceScience、Journal of Physics D Applied Physics等電氣/材料/物理領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)刊物上，開展了介電功能梯度絕緣子用于10kV開關(guān)柜的國(guó)內(nèi)外首次掛網(wǎng)試運(yùn)行，并積極向脈沖功率、航空航天、功率半導(dǎo)體器件等重大/前沿領(lǐng)域進(jìn)行上述新型絕緣材料與部件的應(yīng)用拓展。

論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2023.145199