成就Sora的“功臣”材料！BMI树脂究竟有多牛？

近日，美国开放人工智能研究中心Open AI发布首个视频生成模型“Sora”。该模型通过接收文本指令，即可生成60秒的短视频。我国公司紧随其后，最近，国产Sora来了！3月5日，在超讯通信X七火山大会上，一段高清4K文生视频，让观众惊叹不已。

来源：微博视频截图

你知道为Sora的服务器的制造立下汗马功劳的核心材料之一是谁吗？它就是双马来酰亚胺（BMI）树脂。

01 何为BMI树脂？

BMI树脂属于聚酰亚胺（PI）树脂的一种。按合成方式分类，PI树脂可分为缩聚型和加聚型，BMI树脂就是广泛应用的加聚型PI树脂。BMI的苯环和酰亚胺杂环含量高，交联密度高，这些结构的特殊性使其具有良好的耐热性——分解温度大于420℃，长期使用温度177-232℃，以及较高的强度与模量和对各种溶剂、酸和水的高耐受性[1]，广泛应用于各种领域，特别是用于人工智能(AI)服务器制造，起互连导通、绝缘和支撑的作用。

02 有AI和大数据模型的地方，就有BMI树脂的“身影”

那么这种材料是怎么服务于信号高频计算的呢？首先Sora的模型训练需要大算力支持，而AI的算法则离不开AI服务器。

图1 印刷电路板的产业链图（作者自制）

如图所示：印刷电路板是AI服务器的核心组件之一，它是组装电子零件用的基板，主要用于连接各种电子零件形成预定电路，有“电子产品之母”之称。而印刷电路板是由覆铜板和油墨、蚀刻液等进行生产得到的，覆铜板是电子工业的基础材料，承担着印刷电路板的导电、绝缘、支撑三大功能。

BMI树脂作为一种高频高速树脂，其具有低介电常数、低介电损耗、低热膨胀系数和高导热系数，常作为原料与玻璃纤维布、木浆、铜箔共同生产制备高频高速覆铜板，并且其制备工艺技术门槛较高。

图2 手指大小的印刷电路板（图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷）

所以说，需要用到AI和大数据模型的地方，都有BMI树脂的身影！比如计算机、自动驾驶、智能机械、智能医疗器械和航空航天等领域。这些领域推动着印刷电路板的快速发展，同时也带动着高频高速树脂的大量需求。

从成本的角度来看，高频高速树脂约占覆铜板生产成本的25-30%[2]，从高频高速覆铜板需求的快速增长可以看出，高频高速树脂所占的成本也将会得到进一步的增长!

03 其他领域应用

同时BMI树脂还被广泛应用于各个领域：

1.航空航天材料

图3 中国首款具有自主知识产权的民用飞机C919（来源：新华网）

BMI树脂可以与碳纤维形成碳纤维增强复合材料，这种增强复合材料在同等强度下，比一般传统材料重量更轻，同时适应于飞机飞行时的表面温度，还具有更长的疲劳寿命，其中国产的C919客机是国内首个使用T800级碳纤维增强复合材料的民机型号。

2.耐高温隔热材料

图4 穿着消防衣进行百米障碍救援竞赛的消防员（来源：新华网）

BMI树脂还可以作为原料用来制作具有耐高温性能的阻燃防护服，其阻燃的机理是当防护服与火焰或者高温物体接触时，能够减缓火焰蔓延的速度，形成炭化的隔离层，从而保护人身的安全与健康。并且能够当脱离火焰后很快自行熄灭，从而达到阻燃目的。由于燃烧的部分会迅速炭化，并不会产生熔融、滴落或穿洞，也有利于使用者能快速脱下防护服，避免造成二次伤害。该阻燃防护服广泛应用于消防、冶金、石油燃气等高温行业。

图5 耐高温的特种胶粘剂（图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷）

BMI树脂由于其耐高温性能广泛用于制作特种胶粘剂，该胶粘剂可在260℃下持续使用，并且还具有良好的耐湿热性能、耐辐射性能和绝缘性能。在航空、飞机制造和交通机械等领域内，被广泛的用作各种合金材料如钛合金、铝合金以及陶瓷等无机非金属材料连接的结构胶粘剂。我国正在研制的高速飞行器也大量采用的了BMI树脂基复合材料，如发动机舱蒙皮、发动机舱纵梁结构。这些结构件的制造需要与之相匹配的耐高温BMI胶粘剂，需要胶接的部件占比高达50%~60%（体积分数）[4]。

BMI树脂作为原料还可以与导电粒子、分散添加剂和助剂等制备导电胶，其中BMI树脂会在固化后形成导电胶的分子网络骨架，为导电胶提供良好的力学性能支撑和保障粘结性能。导电胶可以将多种导电材料连接在一起，在各材料之间形成电的通路[3]。据此原理可设计制备出高效可靠的太阳能电池。

图6太阳能光伏电板（来源：新华社）

3.绝缘涂料

图7 不同颜色的涂料（图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷）

BMI树脂在涂料领域主要是作为绝缘漆的基料成分来使用。绝缘漆是以高分子聚合物为基础并且能够在一定条件下固化成绝缘膜等的绝缘材料，它由基料、阻燃剂、固化剂、颜料和溶剂等成分组成[5]。这种绝缘漆能够在常温下发生化学反应进行交联固化，具有良好的耐热、耐化学腐蚀和耐机械冲击等性能。另外，由BMI树脂制备的绝缘漆涂覆导体的表面，达到绝缘的效果，可制备出电磁线。电磁线指的是用来制造线圈或绕组的绝缘电线，可通过电磁感应的原理实现电能与磁能之间的能量转换。一般应用于变压器、各种仪表和电机等电器设备。

4.摩擦材料

以BMI树脂作为原料，向树脂基体中引入一系列的新材料作为润滑填料可制备得到BMI树脂复合材料，这种复合材料具备较低的摩擦系数和优异的耐磨性。有的新型石墨烯润滑填料，与BMI树脂结合可制备出具有良好摩擦学性能的BMI复合材料，并且能够在摩擦过程中形成高质量的自润滑转移膜，同时具有优异的弯曲强度和冲击强度[6]。这种新型的BMI复合材料在摩擦领域内具有一定的潜力，可用于各种汽车和航空航天的零部件。

小结

如今，人工智能、芯片、5G乃至5.5G基站建设需求加快，驱动新一轮科技革命和产业变革，带动新材料行业迅速发展，以BMI树脂为代表的新材料正以前所未有的速度与AI实现“跨界”融合创新。相信随着科技的进步，这些新材料在会AI产业或深空探测、网络安全等前沿行业更加大展宏图。

参考文献：

1.Zhao Q, Li X, Tian Z, et al. Controlling degradation and recycling of carbon fiber reinforced bismaleimide resin composites via selective cleavage of imide bonds. Composites Part B: Engineering 2022; 231: 109595. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109595.

2.王明辉等.电子树脂行业报告二：看好高频高速树脂发展；国金证券股份有限公司

3.李和平.精细化工工艺学(第四版).科学出版社.2023年.

4. 杨海冬,王德志,曲春艳等.航空航天用双马来酰亚胺胶粘剂的研究进展[J].化工新型材料,2021,49(10):10-14.DOI:10.19817/j.cnki.issn1006-3536.2021.10.003.

5.周玉青. 绝缘漆的组成、分类及用途[J]. 梅山科技, 2004(S2):20-24.

6. 沈连根,石磊,韩相鹏等.改性石墨烯纳米带/双马来酰亚胺复合材料的摩擦学性能[J/OL].精细化工:1-13[2024-03-04].https://doi.org/10.13550/j.jxhg.20230299.

作者：高煌 中国科学院兰州化学物理研究所材料学博士生

审核：袁智勤 北京化工大学化学学院教授

出品：科普中国

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