聚合物-陶瓷纳米复合材料在电介质 储能应用中的研究进展

• 作者: 李巍 梁日然 杨玲妮 赵盼盼 陈兴宇 毛海军 刘卓峰 白书欣 张为军 国防科技大学空天科学学院材料科学与工程系
• 来源期刊: 材料工程
• 关键词: 纳米复合材料 电介质 能量存储 填料调控 界面优化 结构设计
• 年，卷（期）: 2023,（8）
• 页码范围: 12-22
• 页数: 11页
• 语种: 中文

摘要

电介质电容器因其极高的功率密度，近年来在工业生产、基础科研、航空航天、国防军工等领域发挥着越来越重要的作用。然而，电介质电容器较低的能量密度导致其体积普遍较大，难以满足未来器件的小型化需求。聚合物-陶瓷复合电介质材料可以将陶瓷材料的高介电常数与聚合物材料的高击穿场强联合起来，进而有望获得优异的储能特性。当前，发展具有高储能密度的聚合物-陶瓷复合电介质材料对于未来实现电介质电容器的小型化目标至关重要。本文主要从纳米填料调控、聚合物-陶瓷界面优化和多层复合结构设计三个角度出发，系统总结了目前聚合物-陶瓷复合电介质储能材料的研究进展，详细介绍了纳米填料的维度、尺寸、种类和多级结构，表面修饰改性和构筑核壳结构等界面优化方法以及三明治结构和梯度结构等多层复合结构设计对复合电介质材料的介电常数、击穿场强和储能密度的影响规律，分析探讨了复合电介质材料的微观结构与其储能特性之间的构效关系。最后，针对当前研究存在的挑战和不足，指出选用新型二维纳米填料、提升能量存储效率、采取多方式协同优化策略以及构筑相应的电容器件将是该领域未来的重点发展方向。