在现代通信技术飞速发展的时代，对高性能介电材料的需求愈发迫切。随着 5G 乃至未来 6G 通信技术的推进，高频通信设备需要具备卓越介电性能、高耐热性、机械强度等特性的材料。聚酰亚胺（PI）因其优良的综合性能在介电领域备受关注，但其传统介电常数较高，限制了在高性能集成电路中的应用。聚四氟乙烯（PTFE）具有出色的介电性能、化学稳定性等优点，将二者结合有望制备出满足高频通信需求的介电材料。

浙江理工大学材料科学与工程学院司银松教授和傅雅琴教授团队在《Composites Communications》（2025年卷56，文章号102367）发表了题为“Production of PI/PTFE@PI nanocomposite membranes as dielectric materials using electrospinning and dip-coating methods”的论文，作为有关PI/PTFE@PI纳米复合膜作为高频介电材料的最新研究，该文章深入探讨了通过静电纺丝和浸涂法制备 PI/PTFE@PI 纳米复合膜的研究成果，展现其在介电领域的巨大潜力。

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一：研究内容

（1）本研究先运用静电纺丝技术，以特定的实验参数（如电压 20 kV、针头与收集器距离 25 ± 1 cm 等）制备出由 PI 和 PTFE 组成的纳米纤维膜。之后，采用浸涂技术，将纳米纤维膜浸入 10% 聚酰胺酸（PAA）溶液，再经过亚胺化处理，成功制得 PI/PTFE@PI 纳米复合膜（制备过程参照图1）。

（2）热稳定性：复合膜展现出较高的热稳定性。通过热重分析（TGA）可知（参照 图2a，PI - CM 的初始分解温度为 450°C，PI/PTFE@PI 复合膜的初始分解温度为 407°C ，不过所有复合膜在 400°C 以上仍有较高的重量稳定性。复合膜的最大热降解温度（Tmax）在 641 - 659°C 之间，与纯 PI 复合膜的 659°C 相近；5% 失重温度（Td5%）在 407 - 450°C 之间。虽然 PTFE 的加入使复合膜初始分解温度降低，但整体仍能满足实际应用中的热稳定性需求。

（3）机械性能与耐磨性：CM - 20% 复合膜表现出良好的机械性能，拉伸强度达到 26.8MPa（数据来源于图2 d）。从拉伸测试结果来看，PI/PTFE@PI 复合膜的拉伸应力显著高于 PI - CM 膜，不过随着 PTFE 含量的增加，拉伸强度呈现先上升后下降的趋势。这是因为适量的 PTFE 有助于形成纳米纤维粘结结构，提升拉伸强度，但过多的 PTFE 因其自身较低的拉伸强度，会降低复合膜的整体强度。在耐磨性方面，CM - 20% 表现最佳（可参考图3），浸涂后的膜比未浸涂的膜耐磨性显著提高，这得益于复合膜中纳米纤维的相互锁定，提供了物理增强。

（4）介电性能：复合膜的介电常数在 1.24 - 2.00 之间，介电损耗在 0.008 - 0.071 之间（8.2 - 12.4GHz 频率范围）。从图4中能够看出，未涂覆的纯 PI 纳米纤维膜介电常数在 10GHz 频率下约为 1.21，涂覆后提升至 1.64，其中 CM - 10% 样品介电常数最高达 1.99。在介电损耗方面，未涂覆的纯 PI 纳米纤维膜在 10GHz 频率下为 0.001，涂覆后 PI - CM 的介电损耗为 0.007，含 PTFE 的复合膜介电损耗在 0.001 - 0.009 之间，如 CM - 30% 在 10GHz 时仅为 0.001，满足实际应用要求。介电击穿强度范围为 108 - 169 kV mm−1 ，CM - 20% 样品介电强度最高，达到 169.44 kV mm−1 ，PI - CM 膜介电强度为 108 kV mm−1 ，PTFE 的加入和涂层处理增强了复合膜的介电强度。

（5）表面润湿性与吸水性：复合膜在表面润湿性和吸水性方面表现出色。CM - 20% 和 CM - 40% 表现出疏水特性，水接触角分别达到 92.2° 和 110.8°（参照图5）。随着复合膜中 PTFE 含量的增加，吸水性明显改善，CM - 40% 的吸水性最低，仅为 0.5%。这对于在特定潮湿环境下使用的介电材料而言非常重要，能够有效减少水分对材料性能的影响。

二：结论

本研究通过静电纺丝成功制备了由聚酰亚胺（PI）和聚四氟乙烯（PTFE）组成的纳米纤维膜，并使用 10% 聚酰胺酸（PAA）溶液通过浸涂技术制备了纳米复合膜，随后进行亚胺化处理。所得的 PI/PTFE@PI 纳米复合膜表现出优异的介电性能、出色的热稳定性、低吸水性、增强的机械性能和耐磨性。

具体而言，PI-CM 和复合膜的介电常数范围为 1.24 至 2.00，在 8.2 至 12.4GHz 频率范围内，介电损耗范围为 0.008 至 0.071。介电击穿强度范围为 108 至 169 kV mm−1 。定制涂层结构的引入显著提高了膜的介电强度。此外，由 PAA-PTFE 混合物制成的静电纺复合膜表现出卓越的疏水性，接触角为 110.8°，吸水率极低，仅为 0.5%。CM-20% 变体的拉伸强度为 26.8MPa，进一步表明了该膜的机械坚固性。热分析显示，这些膜具有较高的热稳定性，最大热降解温度（Tmax）范围为 641 至 659°C，5% 失重分解温度（Td5%）范围为 407 至 450°C。这些结果突出了 PI/PTFE@PI 复合膜作为电信领域高性能应用（特别是在高频环境中）的有前景候选材料的潜力。

文章来源：https://doi.org/10.1016/j.coco.2025.102367