具有高擊穿強度、高能量密度和低能量損耗的聚合物電介質(zhì)可用于高壓薄膜電容器用儲能材料，在智能電網(wǎng)、新能源汽車和脈沖功率武器等領域有著廣泛應用前景。能夠高溫工作的電容器對于下一代新能源汽車和航空航天電源系統(tǒng)至關重要。然而，高溫環(huán)境引起電導損耗的急劇增加，顯著惡化了聚合物電介質(zhì)材料的擊穿場強和高溫儲能性能。如何通過界面設計平衡復合材料高能量密度和低能量損失的關系，是獲得優(yōu)異的儲能性能的關鍵因素。
通過熱刺激去極化電流（TSDC）、跳變電導、肖特基發(fā)射等模型構建深入探索了復合材料的擊穿提升機理，并以Comsol仿真結果加以佐證。結果表明，m-ABA-BN的引入可以緩解在基體-填料之間的電場畸變，并產(chǎn)生有效的電荷陷阱，增強捕獲電子的能力。同時，顯著提高了電荷注入勢壘和界面陷阱能級，交聯(lián)結構協(xié)同降低了薄膜在高溫下的電導損耗。這項工作解決了復合材料面臨界面問題導致的低擊穿高損耗的難題，為開發(fā)極端條件下高能量密度和高效率的電介質(zhì)材料提供了一條簡單有效的新策略。
圖3電容參數(shù)對比、電導損耗機理及仿真模型
原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3MH01257C
作者介紹
張志成，西安交通大學化學學院教授，博士生導師。主要研究領域包括新型氟聚合物的設計與可控合成，新型電介質(zhì)的分子設計與偶極調(diào)控，電活性高分子及其在高儲能電容器、壓電傳感器等領域的應用等。
課題組簡介
張志成教授團隊的研究領域主要有有機氟化學與氟聚合物化學改性、先進儲能高分子的設計與可控合成、儲能聚合物復合電介質(zhì)研究、智能材料合成與傳感器應用、生物醫(yī)學功能材料、無機多孔材料水污染治理應用研究等六個方向。團隊現(xiàn)有科研人員9人，其中教授4人，副教授3人，助理教授2人，在讀研究生40余人。
團隊負責人張志成教授十幾年來致力于電功能氟聚合物設計合成及先進聚合物電介質(zhì)研究，包括新型氟聚合物的設計、改性方法、氟聚合物材料的結構性能關系研究、電活性氟聚合物及其在高儲能電容器、傳感器等領域的應用等。近年來圍繞氟聚合物的合成改性，開發(fā)了多種基于C-Cl、C-F 鍵活化的可控改性方法，為新型氟聚合物的設計合成開辟了新途徑；在氟聚合物鐵電壓電特性及電性能調(diào)控方面進行了系統(tǒng)研究，并取得了豐碩的成果；在鐵電聚合物薄膜傳感器及能量收集應用方面開展了相關工作，積累了一定的研究基礎。主持國家自然科學基金項目4項（重點1項，面上2項，青年1項），省部級科研項目8項，橫向項目20余項。以第一（通訊）作者共發(fā)表 高水平論文150余篇，發(fā)表 SCI論文被引用3400余次，個人H因子為33。2010年入選教育部新世紀優(yōu)秀人才計劃，2019年獲得陜西省職工十大創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人物稱號，獲2021年陜西省技術發(fā)明獎二等獎（排名第3）。現(xiàn)任《高分子通報》、《IET Nanodielectric》、《Reactive and Functional Polymers》、《大學化學》等期刊編委。
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