Tailored Molecular Fillers Enable High‐Temperature Insulation and Long‐Term Operating Stability in All‐Organic Polymers

材料科学 聚合物 环氧树脂 热稳定性 电介质 分子 分子间力 复合材料 溶解度 烷基 空间电荷 介电强度 化学物理 电势能 化学工程 驻极体 电荷(物理) 工作(物理) 高分子化学 热的 纳米技术 分子工程 静电学 电绝缘纸 电阻率和电导率
作者
Jie Li,Boya Zhang,Chenhao Jia,X. Zhang,Xing Yuan,Weidong Cao,Xingwen LI
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (17): e13834-e13834
标识
DOI:10.1002/smll.202513834
摘要

A fundamental challenge in the realm of polymer dielectrics is the suppression of charge injection and transport. Here, an application-driven molecular engineering strategy is reported to enhance electrical insulation performance, utilizing the TU3 organic molecule with a benzo[1,2-c:4,5-c']bis([1,2,5]thiadiazole) backbone as a reinforcing filler for epoxy resin (EP), which introduces trap energy levels through the difference in electron affinity. Additionally, thienyls are incorporated to form a zwitterionic structure with high stability. The TU3 molecule can form stable complexes with EP via extensive electrostatic interactions and intermolecular charge transfer, establishing charge traps at the molecular interface that effectively inhibit charge injection and transport in the TU3/EP composites. Furthermore, the cyano and long alkyl groups on both sides of TU3 enhance its solubility and impede the migration of small molecules within the polymer matrix. The results indicate that with only 0.02 wt% TU3, the breakdown strength of the composites increased by 30.75% at room temperature and 52.28% at 120°C. Experimental and computational investigations validate the long-term operating stability of the TU3/EP composites under extreme thermal and electrical stress. This work provides new insights into the design of small organic molecules aimed at enhancing the electrical insulation of polymer dielectrics under extreme conditions.
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