中国海洋大学在介电复合材料设计方面取得最新进展

　　脉冲电容器由于其优异的快速充放电性能，在电动汽车、风力发电、电磁弹射装置等脉冲能量存储与转换系统中具有重要应用。为了满足电力电子设备的高度集成化发展，近年来，国内外学者针对介电材料的储能密度提升开展了大量研究。然而，储能密度的提升通常会导致充放电效率降低，成为限制高储能密度介电材料发展的瓶颈。

　　近日，中国海洋大学材料科学与工程学院史志成副教授通过在线性电介质和非线性电介质之间引入功能过渡层，设计了一种新型的非对称三层结构线性/非线性介电复合薄膜。结果表明，非线性层的高极化提供了高储能密度，而线性层的低损耗提供了高充放电效率，从而使三层薄膜获得了均衡的储能密度和充放电效率。尤其是，过渡层的引入有效地缓和了线性层和非线性层之间的显著介电性能差异，使电场重新分布，且层间界面对击穿路径扩展会产生阻碍作用，从而获得击穿强度的显著提升。相对于不含过渡层的双层薄膜，三层薄膜在保持高充放电效率的同时，储能密度提升了约一倍。该研究为兼具高储能密度和高效率的介电复合材料提供了新的设计策略，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”为题，发表在材料领域国际顶尖期刊《先进功能材料》上（Advanced Functional Materials,2021,doi:10.1002/adfm.202100280.IF=16.836）。

　　中国海洋大学为文章第一署名单位，史志成副教授为文章唯一通讯作者，南方科技大学汪宏教授等合作者对该研究做出了重要贡献。

　　该课题组长期从事介电功能复合材料研究，以第一或通讯作者在Adv.Mater.和Adv.Funct.Mater.等期刊发表论文30余篇，近年来，在国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目资助下，该课题组聚焦高储能密度脉冲电容器研究，在介电复合材料的宏观叠层化设计（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.）和微观填料设计（Composites Part A,2020,131,105814.;Composites Part A,2019,125,105521.）方面取得了一系列研究成果，为介电储能材料研究提供了理论借鉴，对于推动高功率脉冲能量系统的小型化和高度集成化具有重要意义。