本文从PI薄膜的分类、制造技术、溶剂组成以及绿色溶剂的应用状况等角度阐述了生物基绿色溶剂在聚酰亚胺（PI）薄膜制造中的研究与应用进展。重点综述了生物基γ-戊内酯（GVL）、异山梨醇二甲醚（DMI）以及二氢左旋葡萄糖酮（Cyrene^TM）等绿色溶剂的研究现状及其在PI薄膜制造中的应用情况，并对绿色溶剂在PI薄膜制造中的未来发展趋势进行了展望。

首先，合成了一种同时含有吡啶环结构和叔丁基的“Y型”二胺单体4-(4′-叔丁基)苯基-2,6-二(4′-氨基苯基)吡啶（TPAPP），然后与2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷（6FAP）和4,4′-(4,4′-异丙基二苯氧基)双（邻苯二甲酸酐)（BPADA）聚合，经热酰亚胺化制备出一系列共聚聚酰亚胺（PI）薄膜。通过红外光谱、X-射线衍射、紫外-可见光谱、拉伸测试、动态热机械分析、热重分析和溶解性测试，对PI薄膜的结构和光学性能、力学性能、热性能及溶解性进行研究。结果表明：随着TPAPP摩尔分数的增加，共聚聚酰亚胺薄膜的光学透明性和玻璃化转变温度均表现出增加趋势。当二胺与二酐的物质的量之比为5∶5时，共聚聚酰亚胺薄膜的力学性能最好，拉伸强度达到144.9 MPa，杨氏模量为3.4 GPa，断裂伸长率可达9.3%。此外，这些共聚聚酰亚胺在非质子极性溶剂中均表现出较好的溶解性。

随着柔性显示器件的不断更新，无色透明聚酰亚胺（CPI）薄膜作为衬底材料的研究备受关注。为解决CPI在光学性能、耐热性能、尺寸稳定性和力学性能之间的矛盾问题，本研究以环丁烷四酸二酐（CBDA）为二酐单体，2,2′-双(三氟甲基)-4-二氨基联苯（TFMB）和2-(3,5-二氨基苯基)-苯并咪唑（BBIA）为二胺单体，通过共聚制备了一系列侧链含苯并咪唑的半芳香CPI薄膜。结合Materials Studio软件模拟和实验测试结果，系统研究氢键、自由体积、主链结构对薄膜性能的影响规律。结果表明：所制备的CPI薄膜具有优良的光学透明性、耐热性能和力学性能，在380～780 nm波长范围的平均透过率高于85%，玻璃化转变温度超过400℃，线性热膨胀系数（CTE）为15×10^-6～17×10^-6 K^-1，最大拉伸强度达165 MPa，模量为3.7～5.2 GPa。

为了改善传统热塑性聚酰亚胺（TPI）的溶液加工性并提高其耐热性和粘接性，采用不同的商品化二酐单体分别与自制的主链含有吡啶和二苯醚结构及活性苯酚侧基或苯侧基的二胺单体通过两步法制备了一系列可溶解热塑性聚酰亚胺（TPI）树脂，随后制备了相应的TPI薄膜以及挠性覆铜板（FCCL）。通过溶解性试验和凝胶渗透色谱（GPC）分析TPI树脂的性能，然后测试分析了TPI薄膜的结构、吸水率、力学性能、热学性能和介电性能，并对其FCCL的相关性能进行测试。结果表明：TPI树脂均能溶解于NMP等强极性有机溶剂，相应薄膜的玻璃化转变温度（T_g）均为236.8～325.6℃，5%热失重温度（T_5%）为508.7～553.7℃，800℃残留率（R₈₀₀）均高于64%，热膨胀系数（CTE）为56.36×10^-6～78.30×10^-6℃^-1，拉伸强度为64.93～109.18 MPa，断裂伸长率为9.09%～24.60%，吸水率为0.74%～3.75%。综合性能相对较优的TPI-4的介电常数和介质损耗因数也相对较低，相应FCCL的剥离强度达到0.95 N/mm，但只能通过288℃/10 s的耐浮焊测试。此外，TPI-4中极性的苯酚侧基不仅保证了其有机溶解性，对其耐热性和机械强度也有明显的增强作用，同时还降低了其CTE值。具有反应活性的苯酚侧基为TPI的后续化学改性提供了极大的便利，通过加入少量的氰酸酯树脂（CE01）对其进行改性可以明显改善其与热固性PI薄膜或铜箔的粘接性能并提高相应FCCL的耐浮焊性。

以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐（BPDA）和4,4′-二氨基-2,2′-二甲基-联苯（mTB）为单体，加入致孔剂，利用热致相分离原理，控制聚酰胺酸的高温热亚胺化过程，制备高孔隙率聚酰亚胺薄膜，并对薄膜的微孔形貌、力学性能及介电性能等进行分析。结果表明：多孔薄膜的孔隙率可达50%～60%，其中试样PI-1-250-4 h在10 GHz下的介电常数为2.14，介质损耗因数为0.002 8，同时保持了良好的力学性能和耐热性。由于刚性联苯结构单元的引入，多孔薄膜仍然保持了较低的热膨胀系数。将多孔薄膜与热塑性聚酰亚胺（TPI）复合，高温压合铜箔后，所组成的无胶双面覆铜板具有较好的界面粘接性和耐焊锡性，可应用于高频高速挠性覆铜板领域。

采用含氟二酐单体9,9-双（三氟甲基）氧杂蒽-2,3,6,7-四酸二酐（6FCDA，II）分别与3种芳香族二胺单体，包括2,2ʹ-双（三氟甲基）-4,4ʹ-二氨基二苯醚（6FODA，a）、1,4-双[（4-氨基-2-三氟甲基）苯氧基]苯（6FAPB，b）以及2,2-双[（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷（BAPP，c），通过两步化学亚胺化工艺制备了3种含氟聚酰亚胺树脂PI-II_a、PI-II_b、PI-II_c。采用同样的工艺，将6FCDA替换为4,4ʹ-（六氟异亚丙基）双邻苯二甲酸酐（6FDA，I）制备了3种参比树脂PI-I_a、PI-I_b、PI-I_c。然后采用高温固化工艺制备了6种PI薄膜，并研究其性能。结果表明：PI-II_a、PI-II_b、PI-II_c树脂在有机溶剂中的溶解性比PI-I_a、PI-I_b、PI-I_c树脂更低。PI-II_a、PI-II_b、PI-II_c薄膜较PI-I_a、PI-I_b、PI-I_c薄膜表现出更高的玻璃化转变温度（T_g）、更低的线性热膨胀系数（CTE）以及略有下降的光学透明性和相对较高的介电常数（D_k）。其中PI-II_a（6FCDA-6FODA）薄膜显示出最优的综合性能，T_g与CTE分别为362.5℃和39.6×10^-6 K^-1，在450 nm波长处的透光率（T₄₅₀）和10 GHz时的D_k值分别为83.9%和3.00。

采用两种自制的二胺单体9,9′-双[4-(4-氨基-3-羟基苯氧基)苯基]芴（BAHPPF）和4-(4′-叔丁基)苯基-2,6-二(4′-氨基苯基)吡啶（TPAPP），分别以9∶1、8∶2、7∶3、6∶4的物质的量之比混合之后，与4,4′-(六氟异丙烯)二酞酸酐（6FDA）进行溶液聚合，通过热酰亚胺化法制备出4种共聚聚酰亚胺（PI）膜。然后经450℃热处理制得相应的共聚热重排（TR）膜。对膜材料的热性能、力学性能和气体分离性能进行了测试。结果表明：共聚PI膜的玻璃化转变温度约为350℃。随着TPAPP摩尔分数的增加，共聚PI膜的拉伸强度有所下降。热重排后，共聚TR膜的力学性能明显降低，但晶面间距d值显著增大。当BAHPPF与TPAPP物质的量之比为8∶2时，共聚TR膜的气体渗透性最好，对H₂、CO₂、O₂和N₂的渗透系数分别为346.40、304.50、72.43、13.34 Barrer。同时，4种TR膜的O₂/N₂分离性能均接近2008年的Robeson上限。

为了改善二维纳米片在聚合物基体中的弱分散问题，提高复合材料的电学性能，采用水热法制备二维纳米扩层二硫化钼（E-MoS₂）纳米片，通过原位聚合法制备聚酰亚胺（PI）基超大晶格二硫化钼纳米片（PI/E-MoS₂）复合薄膜。利用扫描电子显微镜（SEM）对复合薄膜的表面和断面结构进行了表征，并用傅里叶红外光谱仪（FTIR）对复合薄膜的分子价键进行成分分析，用X射线衍射仪（XRD）研究复合薄膜的相结构。此外，测量了复合薄膜的介电常数、交流电导率和介质损耗因数，探讨了纳米片扩层晶格结构对薄膜击穿和极化行为的影响机理。结果表明：在PI薄膜中掺入少量的E-MoS₂纳米片，PI/E-MoS₂复合薄膜表面无明显团聚现象，其断面形貌无明显孔洞且结构缺陷数量较少，表明基体与填料相容性好。引入E-MoS₂纳米片可以增强复合薄膜内部的界面极化，显著提高薄膜的介电常数及电气强度，并降低其介质损耗。

为改善聚酰亚胺（PI）的溶解性和可融性，合成了两种含三氟甲基的芳香二胺单体，并以3,3′,4,4′-二苯甲酮四羧酸二酐（BTDA）作为二酐单体，选用端氨丙基聚二甲基硅氧烷（APPS）作为柔性链单元，间氨基苯乙炔（APA）作为活性封端剂，制备得到一系列加成型热固性含氟聚(酰亚胺-硅氧烷)共聚树脂（ABIS）。用核磁共振氢谱和红外表征ABIS的结构，并研究其溶解性、流变特性和固化后的热稳定性。用溶液成膜法制备了ABIS薄膜，研究了薄膜的物理特性。用热压法以T300碳布作为增强体制备了ABIS树脂基复合材料（T300CF/ABIS），并对其力学性能进行了探究。结果表明：硅氧烷链段和三氟甲基的引入可以显著提升PI树脂体系的流动性和溶解性。引入含氟芳香二胺后虽然ABIS固化树脂的5%热失重温度（T_d5）有所降低，但仍超过425℃，800℃下的残留率（Y_r800℃）达到26%。ABIS薄膜的拉伸强度和断裂伸长率分别高达15.8 MPa和65.3%，在40～10⁷ Hz下的介电常数（ε）和介质损耗因数（tanδ）分别约为3.21和0.01且基本不变，超纯水在ABIS膜表面的接触角为94°。T300CF/ABIS复合材料的弯曲强度和层间剪切强度（ILSS）分别高达137.6 MPa和16.6 MPa。本研究制备的ABIS树脂有望在微电子器件和柔性防热复合材料中获得应用。

采用4,4′-二氨基二苯硫醚（SDA）、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷（HFBAPP）为二胺单体，4,4′-联苯醚二酐（ODPA）为二酐单体进行共聚，制备了一系列含氟聚硫醚酰亚胺薄膜，并对其热学性能、电学性能、光学性能及吸水性进行测试。结果表明：该系列聚酰亚胺薄膜具有良好的耐热性能、介电性能及光学透明性；薄膜的玻璃化转变温度为240.7～251.6℃，5%和10%热失重温度分别高于480℃和514℃，800℃下残碳率达50%；1 MHz下的介电常数为2.27～2.99，介质损耗因数低至0.004 7～0.005 6；可见光范围内，薄膜的最高透过率可达88.75%；薄膜的吸水率为0.95%～2.26%。

为了探究不同取代基聚硅氧烷提升聚酰亚胺在太空环境中抵抗原子氧（AO）侵蚀能力的作用机制，本研究采用反应分子动力学（MD）模拟，分析了取代基分别为三氟甲基（-CF₃）和甲基（-CH₃）的多面体笼型聚硅氧烷（POSS）复合聚酰亚胺纳米材料的抗原子氧侵蚀性能。结果表明：PI/CH₃-POSS和PI/CF₃-POSS复合材料均表现出较强的抗AO侵蚀能力，其作用机制是通过形成SiO₂层以阻止AO向聚合物基体的传播和热量的传递，其中PI/CF₃-POSS复合材料的效果最优，经35 ps的AO侵蚀模拟后其归一化质量为0.83，而PI/CH₃-POSS复合材料的归一化质量为0.78。

为探究涂层改性的聚酰亚胺织物的防电弧性能，本研究使用水性聚氨酯为基体，分别制备了以SiO₂气凝胶为填料的阻隔型隔热涂料和以TiO₂为填料的反射型隔热涂料。分别将两种涂料涂敷在聚酰亚胺织物上，考察在故障电弧作用下，填料添加量和基体对聚酰亚胺织物热防护性能和破裂性能的影响。结果表明：改性后的聚酰亚胺织物的热防护性能随填料添加量增加而提升，添加6%的SiO₂和6%的TiO₂隔热涂层分别使聚酰亚胺热防护性能提高了34.79%和21.78%；水性聚氨酯基体对聚酰亚胺织物的热防护性能无影响，但使其破裂性能提升了20%。

光敏聚酰亚胺（PSPI）是一类具有特殊结构的高性能聚酰亚胺材料，以其优异的耐热、力学、绝缘及光刻加工性等特点，广泛应用于半导体封装、集成电路、光学显示等领域。本文以在中国申请的PSPI专利为研究对象，分析了相关专利的整体情况，包括专利的申请数量变化、申请人与来源国等；重点梳理了自2011年以来的国内外专利申请人及专利主题分布，详细对比了国内外主要企业申请人的专利技术构成与保护重点，探讨了PSPI材料领域的专利技术特点与发展趋势。

光敏聚酰亚胺（PSPI）广泛应用于电子、微电子及光学显示等领域，国外企业高度重视有关PSPI材料配方及应用的专利技术保护。本文以日本东丽公司在中国申请的PSPI专利为研究对象，详细分析了专利的申请数量变化、法律状态、技术主题分布等信息，并结合东丽公司代表性的PSPI产品与应用情况，明确了其发展历程、专利保护策略、专利技术构成，以此探讨PSPI材料的技术发展趋势与应用方向。

为了研究不同界面压力对冷缩式电缆中间接头的交联聚乙烯/硅橡胶（XLPE/SR）绝缘复合界面电场畸变的影响，采用有限元仿真软件建立了35 kV冷缩电缆中间接头仿真模型，对复合界面无缺陷以及存在金属杂质、环向划痕、纵向划痕时的电-热-力场进行仿真计算。结果表明：界面压力对各条件下的接头变形及场强畸变存在不同程度的影响，含纵向划痕的接头变形更显著，缺陷处场强分布受界面压力的影响更明显。屏蔽管场强与界面压力成反比，含纵向划痕的接头应力锥场强与界面压力成正比，绝缘复合界面除缺陷部位外整体场强随界面压力增大而减小。

电缆中间接头的绝缘状态对电缆安全稳定运行起重要作用。针对太赫兹成像技术的不成熟和有限元分析法的局限性，本文提出一种电缆附件硅橡胶内部典型缺陷的超声信号表征方法。首先通过仿真设计硅橡胶中不同类型的典型缺陷，然后对超声检测仿真中接收的反射回波进行时域特征量和相关性分析，得到时域波形特征量与缺陷尺寸、角度的相关系数。最后基于脉冲回波法搭建超声试验平台，对含缺陷的平板硅橡胶样品进行超声检测试验。结果表明：硅橡胶内部缺陷的尺寸、角度与一次回波的振幅峰值具有良好的相关性，且相较于气泡类缺陷，裂纹类缺陷检测结果受缺陷角度的影响更大，不同角度缺陷的振幅峰值差异较大。说明超声信号可以有效表征电缆附件硅橡胶内部典型缺陷。

气体绝缘金属封闭开关（GIS）设备内部的金属微粒污染物会引起严重的电场畸变，进而诱发绝缘子沿面放电。针对此问题，本文提出一种介电功能梯度绝缘子的金属微粒驱离方法，仿真研究盆式绝缘子周围电场分布以及金属微粒运动特性。结果表明：GIS外壳表面释放的金属微粒受到轴向电场力作用，有朝着绝缘子运动的趋势。叠层式功能梯度（ε_L-FGM）绝缘子的介电常数沿径向递减，可在均匀沿面电场分布的同时，使金属微粒所受的电场力方向随轴向电场反转，让金属微粒远离绝缘子运动。然而，ε_L-FGM绝缘子GIS使外壳表面电场增强，使金属微粒运动高度较均匀绝缘子上增大约2.7倍。与ε_L-FGM绝缘子相比，基于拓扑优化算法设计的具有空间介电常数梯度的ε_T-FGM绝缘子减小了金属微粒跳跃高度，具有更佳的电场调控与微粒抑制效果。