中國海洋大學史志成課題組AFM：設計了一種兼具高效率和高能量密度的非對稱三層全聚合物介質復合材料

非金非土非木

2021年6月28日 16:30

脈沖電容器由于其優異的快速充放電性能，在電動汽車、風力發電、電磁彈射裝置等脈沖能量存儲與轉換系統中具有重要應用。為了滿足電力電子設備的高度集成化發展，近年來，國內外學者針對介電材料的儲能密度提升開展了大量研究。然而，儲能密度的提升通常會導致充放電效率降低，成為限制高儲能密度介電材料發展的瓶頸。

近日，中國海洋大學材料科學與工程學院史志成副教授課題組在前期線性/非線性介電雙層材料研究（J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 5750-5757.）基礎上，通過在線性層和非線性層之間引入功能過渡層，設計了一種新型的非對稱三層結構線性/非線性介電復合薄膜。非線性層的高極化提供了高儲能密度，而線性層的低損耗提供了高充放電效率，從而使三層薄膜可以獲得均衡的儲能密度和充放電效率。尤其是，過渡層的引入有效地緩和了線性層和非線性層之間的顯著介電性能差異，使電場重新分布，且層間界面對擊穿路徑擴展會產生阻礙作用，從而獲得擊穿強度的顯著提升。結果表明，相對于不含過渡層的雙層薄膜，該三層薄膜在保持高充放電效率的同時，儲能密度提升了約一倍。該研究為兼具高儲能密度和高效率的介電復合材料提供了新的設計策略，成果以“Asymmetric Trilayer All-Polymer Dielectric Composites with Simultaneous High Efficiency and High Energy Density: A Novel Design Targeting for Advanced Energy Storage Capacitors”為題，發表在材料領域國際頂尖期刊《先進功能材料》上（Advanced Functional Materials, 2021, IF2020=16.836）。

中國海洋大學史志成課題組AFM：設計了一種兼具高效率和高能量密度的非對稱三層全聚合物介質復合材料的圖1

中國海洋大學為文章第一單位，碩士研究生孫良為文章第一作者，史志成副教授為文章唯一通訊作者，南方科技大學汪宏教授等合作者對該研究做出了重要貢獻。

史志成副教授長期從事介電功能復合材料研究，以第一或通訊作者在Adv. Mater.和Adv. Funct. Mater.等期刊發表論文30余篇，近年來，在國家自然科學基金和山東省自然科學基金等項目資助下，聚焦高儲能密度脈沖電容器研究，以第一/通訊作者在介電復合材料的宏觀疊層化設計（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 27522-27532.; J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 5750-5757.; J. Mater. Chem. C, 2020, 8, 10257-10265; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 26713-26722.; J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 14575-14582.; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 1793-1800.）和微觀填料設計（Composites Part A, 2020, 131, 105814.; Composites Part A, 2019, 125, 105521.）方面取得了一系列研究成果，為介電儲能材料研究提供了有效的理論借鑒，對于推動高功率脈沖能量系統的小型化和高度集成化具有重要意義。