在电气化技术迅速发展的今天，科学家们正面临着寻找能够在极端条件下稳定工作的新型高性能介电聚合物的挑战。传统的聚合物材料，如聚丙烯，在高温环境下性能显著下降，无法满足工业应用的需求。即便是高玻璃化转变温度（Tg）的材料，如聚酰亚胺和聚醚酰亚胺，在强电场和高温条件下也会因热激发的电荷传输而导致性能退化。因此，开发新型耐热聚合物材料成为当务之急。
近期，一个由劳伦斯伯克利国家实验室的刘毅研究员、威斯康星大学麦迪逊分校的李颖教授和美国斯克利普斯研究所的K. Barry Sharpless教授等科学家组成的团队，在《Nature Energy》期刊上发表了一篇题为“机器学习加速耐热聚砜的静电储能发现”的研究论文。他们提出了一种结合机器学习预测与实验验证的高效工作流程，成功筛选出并合成了高性能的耐热聚砜材料。
图1：聚砜的结构设计
研究团队首先构建了一个包含近5万种聚砜候选材料的化学库，并利用前馈神经网络（FNN）模型对这些材料的玻璃化转变温度（Tg）和带隙（Eg）进行预测。通过硫氟交换化学（SuFEx）反应，他们实现了快速合成与实验验证。最终，从众多候选材料中筛选出了一种名为P6的聚砜材料，该材料在200°C高温下展现出卓越的储能密度（6.37 J/cm³）和高的能量利用效率，且在极端条件下保持优异的介电稳定性。
在研究中，团队利用t-SNE降维方法将高维的聚砜化学结构数据映射到二维平面，以便可视化候选材料的分布特性。结合玻璃化转变温度（Tg）和带隙（Eg）的预测结果，他们评估了模型在性能预测中的准确性，并成功筛选出6种性能优异的聚砜材料。其中，P6材料因卓越的热稳定性和电性能而脱颖而出。
图3：聚砜的介电性能
实验结果表明，P6材料在200°C下依然保持稳定的介电常数（k ~3.37），且介电损耗（tan δ）低至0.2%，显著优于传统聚合物。P6的击穿强度在高温环境下达到695 MV/m，远超商业材料，表现出优异的电绝缘性能和可靠性。这些特性使P6成为下一代高温储能电容器材料的理想候选者。
图4：静电储能性能与可靠性
研究还发现，P6材料在高温和高电场条件下的储能性能及循环稳定性表现优异。在200°C和200 MV/m电场下，P6的储能密度高达6.37 J/cm³，同时充放电效率超过90%，显著优于当前商业介电聚合物。在10万次循环测试中，P6的储能性能下降幅度不足0.5%，展现出卓越的循环稳定性。这些结果进一步验证了P6材料在高温储能电容器应用中的巨大潜力。
本研究通过机器学习与硫氟交换化学的结合，成功开发出一种高性能的耐热聚砜材料P6。该材料在高温下表现出卓越的储能性能、高介电稳定性和极低的能量损耗，为解决电动汽车、航空电子等苛刻环境下的储能需求提供了有效解决方案。这一研究成果不仅为耐热高分子材料的开发提供了新方向，也为储能技术的持续发展注入了新的活力。
