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  近日，張建明、陳玉偉等研究者合作在復合材料領域TOP期刊Composites Science and Technology上發文提出了一種基于電場誘導偶極-偶極相互作用同時組裝導電和絕緣粒子在高分子基體中形成微納鏈狀結構的策略，該法可以制備高介電常數、低介電損耗的高分子復合材料。在電場取向過程中，絕緣的BaTiO3粒子可以作為屏障巧妙地嵌入石墨粒子導電通路中（圖1），這種形態的形成對于平衡導電填料/聚合物復合材料的高介電常數和相對低的介電損耗起著重要作用。該策略通過介電泳力（圖1a1）將絕緣粒子直接組裝到導電粒子形成的通路中，制備過程簡便易操作，并且還可以防止填料粒子的團聚，所制備復合材料可用于人體運動監測。

圖1. 取向與未取向三相復合材料的制備過程示意圖，(a) 交流電場下三相復合材料的自組裝過程示意圖，(a1) 取向排列的形成機理示意圖，(b) 三相取向的機理示意圖，(d) 未取向三相復合材料的示意圖，(c)和(e) 取向與未取向三相復合材料的掃描電鏡圖。

  取向后的三相復合膜的介電常數較未取向的復合膜由3.5提升至73.5(圖2)，而其介電損耗僅由0.1提升至0.19；該取向三相復合膜相比于純石墨的兩相復合膜而言，其介電常數雖然有所下降，但是兩相復合材料的介電損耗卻高達396(圖2f)，無法作為介電材料使用。綜上所述，取向后的石墨含量為2.5 wt%，鈦酸鋇含量為5.0 wt%的三相復合膜能夠具有較高的介電常數，而維持介電損耗在較低的水平，該三相復合膜的介電性能達到了較優的狀態。其原因在于，絕緣鈦酸鋇粒子的存在能夠阻斷石墨導電通路的形成，降低漏電流所導致的介電損耗的提升。

圖2. (a)和(b)取向和未取向的三相復合材料介電常數隨頻率的變化曲線，（c）和(d) 取向和未取向的三相復合材料介電損耗隨頻率的變化曲線，石墨含量為 2.5 wt%，鈦酸鋇含量為 5.0 wt%的不同樣品在102 Hz下的(e)介電常數和(f)介電損耗。

  本項研究以“Inserting Insulating Barriers into Conductive Particle Channels: A New Paradigm for Fabricating Polymer Composites with High Dielectric Permittivity and Low Dielectric Loss”為題發表在Composites science and Technology（DOI: 10.1016/j.compscitech.2021.109070）上，通訊作者為張建明教授課題組青年學者陳玉偉老師，第一作者為青島科技大學高分子科學與工程學院吳韋菲同學。此研究工作得到國家自然科學基金（51803103）、橡塑教育部/山東省重點實驗室橡塑重點實驗室開放基金（KF2020002）和江漢大學光電化學材料與器件教育部重點實驗室開放基金項目(JDGD-202001) 的支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2021.109070