01 [科学背景]
在可再生能源发电与电动汽车的功率转换系统中，介电材料 扮演着至关重要的角色。目前主流材料多为陶瓷，但其加工性差、密度高、脆性大。聚合物虽具备柔性、轻质、易加工等优势，却常因介电常数低、热稳定性差而受限。
更严峻的是，目前高性能介电聚合物多依赖含氟聚合物，而其中的PFAS类物质对环境和人体具有长期毒性。开发非氟、高性能、高热稳定的聚合物介电材料，已成为领域内的迫切需求。
02 [创新成果]
基于这一难题，英国伦敦玛丽女王大学的Xin Qi（祁鑫）博士在Nature Communications上发表了题为“High entropy engineered polymer blends with enhanced dielectric properties and high temperature stability” 的论文，提出了一种反直觉的方法，通过将多种不互溶但可共加工的聚合物熔融共混，构建“高熵聚合物体系”，模拟高熵合金与高熵陶瓷设计。
该研究选择了五种聚合物：
- PVDF、PVDF-TrFE、PVDF-HFP（极性氟聚合物）
- PP、PS（非极性通用聚合物）
通过熔融挤出工艺，在200°C下制备了两种共混体系：
- B1：五种聚合物共混（含PS）
- B2：四种聚合物共混（不含PS）
关键发现：性能远超“混合规则”
1. 介电常数大幅提升
在1kHz频率下：
- B1的介电常数达到22.4，比混合规则预测值（8.3）高出250%以上
- B2的介电常数仅为8.7，接近混合规则预测值（9.6）
2. 低损耗、高频率、高热稳定性
- B1的损耗角正切<0.05，且松弛频率>100 MHz
- 在150°C下退火48小时后，B1的介电性能保持稳定
- B2在相同高温下性能开始不稳定
03 [数据概览]
图一：高熵聚合物的设计策略和介电性能。
04 [科学启迪]
机制解析：PS为何是关键？
本研究通过DSC、XRD等手段发现：
- PS的加入显著提高了熔体粘度，阻碍了聚合物在冷却过程中的相分离与结晶
- 形成了高度非晶、高度无序的结构，增加了链间距（自由体积）
- 极性纳米区域尺寸减小，极性基团旋转自由度提高，从而增强了取向极化
简单来说：PS像“冻结剂”，把其他聚合物“锁”在非晶态，释放了极性基团的旋转潜力。
科研感悟：反直觉背后的逻辑
这项研究的最大启示是：“不互溶”未必是缺点，反而可以成为设计的杠杆。
我们通常追求“互溶共混”，但本研究证明：
- 非平衡态结构可带来意想不到的性能提升
- 多组分、高无序体系具有巨大的调控潜力
- 环境友好型材料同样可以实现高性能
学术观点：高熵聚合物的未来
这项工作指出，“高熵聚合物”不仅是一个新概念，更是一个可扩展、可推广的材料设计平台：
- 适用于多种极性/非极性聚合物组合
- 可通过组分比例、加工条件调控微观结构与性能
- 有望替代含氟聚合物，推动绿色电子器件发展
原文详情：Xin Qi et al, High entropy engineered polymer blends with enhanced dielectric properties and high temperature stability. Nature Communications, 16, 9056 (2025).
