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聚合物基薄膜儲(chǔ)能電容器因其具有較高功能密度和超快的充放電響應(yīng)時(shí)間，是脈沖功率技術(shù)、電磁炮及激光等高能武器系統(tǒng)無可替代的核心儲(chǔ)能器件，以及在可再生能源轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存、混合動(dòng)力汽車等領(lǐng)域也得到廣泛的應(yīng)用。但聚合物本身的介電常數(shù)較低、極化強(qiáng)度低等問題，限制了其儲(chǔ)存電能的能力。目前，科學(xué)家們采用在高擊穿場(chǎng)強(qiáng)聚合物中加入具有高介電常數(shù)無機(jī)填料的方法來制備具有高儲(chǔ)能密度的復(fù)合電介質(zhì)材料，但高體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒的引入?yún)s會(huì)增大材料的能量損耗、降低其擊穿場(chǎng)強(qiáng)和使用壽命。因此，如何保證在提高介電常數(shù)的同時(shí)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)得到進(jìn)一步提升，是獲得高儲(chǔ)能密度電介質(zhì)材料研究的難點(diǎn)之一。
目前，材料科學(xué)與工程學(xué)院翟繼衛(wèi)課題組通過無機(jī)填料的形貌以及無機(jī)填料與聚合物之間的界面進(jìn)行調(diào)控，在高儲(chǔ)能密度的復(fù)合電介質(zhì)材料取得了階段性的進(jìn)展。通過無機(jī)填料的形貌改善聚合物復(fù)合電介質(zhì)材料的局域性電場(chǎng)強(qiáng)度（ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 4024 (2017)；ACS Sustain. Chem. Eng. 5, 4707 (2017)）；采用界面調(diào)控改善復(fù)合材料的極化強(qiáng)度和擊穿場(chǎng)強(qiáng)（ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 14337 (2017)；J. Mater. Chem. A 4, 13259 (2016)；J. Mater. Chem. A 5,15217 (2017)）。該課題組在讀博士生潘仲彬?yàn)橐陨险撐牡牡谝蛔髡摺?/div>
這項(xiàng)研究工作得到國(guó)家973項(xiàng)目“高儲(chǔ)能密度無機(jī)電介質(zhì)材料的關(guān)鍵問題（2015CB654600）”的資助。
為了實(shí)現(xiàn)低電壓下高的儲(chǔ)能密度，該課題組在無機(jī)填料的有序化方面也取得了階段性的進(jìn)展（ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 26343 (2016)；Nanoscale, 9, 4255 (2017)），翟繼衛(wèi)教授與澳門大學(xué)程海東教授聯(lián)合培養(yǎng)的博士生姚玲敏是這兩篇論文的第一作者。
近期，該課題組用“Topochemical”方法制備出了一種二維鈮酸鈉（2D NaNbO3）模板作為無機(jī)填料引入聚合物基體中，設(shè)計(jì)并制備出一種三明治結(jié)構(gòu)的聚合物復(fù)合高儲(chǔ)能密度電介質(zhì)材料。在三明治結(jié)構(gòu)中，上下兩層為極化層、中間層為承壓層；通過調(diào)節(jié)上下兩層無機(jī)填料的體積分?jǐn)?shù)使中間層具有更高的耐壓性能，同時(shí)保證兩端層具有較大極化強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)高的儲(chǔ)能密度。通過模擬仿真驗(yàn)證了2D NaNbO3模板以及三明治結(jié)構(gòu)各層間界面對(duì)復(fù)合材料的漏電流密度、局域性電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)復(fù)合材料的極化和擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響，揭示出界面效應(yīng)對(duì)材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)及儲(chǔ)能密度提高的作用。該研究成果在期刊Nano Energy（https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.09.004）上發(fā)表。該論文第一作者為本課題組在讀博士生潘仲彬。
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