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  聚合物薄膜電容器在新能源汽車逆變器、電網調頻、光伏/風力發電機并網、先進電子設備等方面獲得了廣泛的應用。其中，雙向拉伸聚丙烯 (BOPP)電介質薄膜，由于具有高充放電效率和成熟的制造技術，成為最先進的用于商用聚合物薄膜電容器的電介質材料，占據了~50%的聚合物電容器市場份額。然而，由于電容能量密度低，BOPP電容器通常占據器件體積和重量的30%以上，而且由于僅能承受較低的工作溫度<105℃，很多場景下（以新能源混合動力汽車為例，其薄膜電容器的工作環境溫度可達125-150℃）需要額外布置冷卻系統，不可避免地限制了現代電子電氣系統的小型化發展。

  最近，中國科學技術大學與安徽銅峰電子公司研究團隊發展了利用γ輻照優化不同聚合物電介質材料介電常數、擊穿強度、工作溫度的策略。利用高能、強穿透性的γ射線輻照對BOPP分子鏈結構進行修飾，引入了強極性的羥基和羰基基團，不僅提高了介電常數，更為重要的是引入了深陷阱能級，可降低高場、高溫下漏電流和電-熱擊穿概率。另外，γ輻照還能引入交聯結構，從而提高楊氏模量，降低電-機械擊穿的概率。因此，該方案提高BOPP的擊穿強度40%至968 MV/m，擊穿強度下的儲能密度達到10.4 J/cm³，比原始BOPP提高了108%，且儲能效率高達97.3%，優于目前的商用聚合物電容膜、已報道的全有機聚合物和PP基復合材料。而且在600 MV/m高電場條件下經歷20000次循環充放電測試，儲能密度依然穩定維持在4.06 J/cm³，效率為98%。特別是，γ輻照還優化了BOPP的工作溫度。在125℃下，γ輻照的BOPP在擊穿場強770 MV/m條件下的儲能密度達到5.88 J/cm³，效率為90%，儲能密度相對于原始BOPP提高了97% (2.98 J/cm³，對應的擊穿場強為576 MV/m，效率僅為76%)。擊穿強度、工作溫度的優化也有利于提升聚合物電容器耐受紋波電壓和電流的能力，利于其安全使用。

  相關成果以“ γ-Ray Irradiation Significantly Enhances Capacitive Energy Storage Performance of Polymer Dielectric Films”為題在線發表在《先進材料》(Adv. Mater.)上。該項研究得到了國家自然科學基金、科技部國家重點研發計劃等的資助。

  論文信息：

  第一作者：王藝偉

  通訊作者：李曉光；殷月偉；沈勝春

  通訊單位：中國科學技術大學

  合作單位：安徽銅峰電子股份有限公司

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202308597