Constructing Novel High Dielectric Constant Polyimides Containing Dipolar Pendant Groups with Enhanced Orientational Polarization

电介质 偶极子 聚合物 侧链 介电损耗 高分子化学 吊坠组 介电谱 材料科学 化学 高-κ电介质 有机化学 物理化学 光电子学 电化学 电极
作者
Yadong Tang,Wenhan Xu,Hongyan Yao,Hao Qin,Zhenhua Jiang,Yunhe Zhang
出处
期刊:Macromolecular Rapid Communications [Wiley]
卷期号:45 (8) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/marc.202300699
摘要

Abstract Polymer dielectrics with high dielectric constant are urgently demanded for potential electrical and pulsed power applications. The design of polymers with side chains containing dipolar groups is considered an effective method for preparing materials with a high dielectric constant and low loss. This study synthesizes and comprehensively compare the dielectric properties of novel polyimides with side chains containing urea (BU‐PI), carbamate (BC‐PI), and sulfonyl (BS‐PI) functional groups. The novel polyimides exhibit relatively high dielectric constant and low dielectric loss values due to the enhanced orientational polarization and suppressed dipole‐dipole interactions of dipolar groups. In particular, BU‐PI containing urea pendant groups presents the highest dielectric constant of 6.14 and reasonably low dielectric loss value of 0.0097. The strong γ transitions with low activation energies derived from dielectric spectroscopy measurements have been further evaluated to demonstrate the enhanced free rotational motion of urea pendant dipoles. In energy storage applications, BU‐PI achieves a discharged energy density of 6.92 J cm −3 and a charge‐discharge efficiency above 83% at 500 MV m −1 . This study demonstrates that urea group, as dipolar pendant group, can provide polymers with better dielectric properties than the most commonly used sulfonyl groups.
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