汪宏教授课题组在陶瓷/聚合物复合储能电介质材料研究方面取得重大突破
2015-09-29 14:01 来源:未知 浏览:次
聚合物基薄膜储能电介质材料因其具有较高的击穿场强，在脉冲功率器件、混合动力汽车等应用中扮演着至关重要的角色。然而传统纯聚合物介质材料普遍存在介电常数小、极化强度低等问题，从而限制了其储存电能的能力。目前，科学家们采用在聚合物中加入具有高介电常数陶瓷颗粒的方法来得到具有高介电极化的复合材料，但高体积分数陶瓷颗粒的引入却会增大材料的漏导损耗、降低其击穿场强。因此，如何保证在提高介电极化的同时也使得击穿场强得到进一步提升，仍是获得高储能密度电介质材料的关键问题。
汪宏教授课题组面对储能电介质高击穿场强和高极化性能很难两全的挑战，巧妙地设计并制备出一种三明治结构的陶瓷/聚合物复合高储能密度电介质材料。通过调节无机填料的体积分数使中间层具有更强的耐压性能，同时保证两端层具有较大极化强度，利用三层介电性能的差异实现对材料内电场分布的调控，有效减轻了两端层的电场压力，从而有效地限制介电击穿仅发生在局部区域而不贯穿整个复合材料，通过模拟仿真验证了三明治结构各层间界面对电树枝发展的阻碍作用，揭示出界面效应对材料击穿场强及储能密度提高的巨大贡献。该研究获得了击穿场强高达470MV/m的新型储能介质材料，储能密度为18.8J/cm3，储能性能达到聚合物基体的三倍以上。该研究工作提出的宏观结构设计方法为进一步开发新型高储能密度电介质材料提供了新思路，同时在高功率脉冲、快速储能器件方面具有应用前景。
该项研究成果在材料领域顶级期刊Advanced Materials（先进材料，影响因子17.493）上发表。审稿人认为该工作开发出了具有优良性能的介电储能材料，系统研究并提出了有效提高电介质储能密度的微-宏结构设计思路，具有重要的借鉴和启发意义。
该研究得到国家973项目“高储能密度无机电介质材料的关键问题”的资助。
论文链接： http://dx.doi.org/10.1002/adma.201503186
该项研究成果在材料领域顶级期刊Advanced Materials（先进材料，影响因子17.493）上发表。审稿人认为该工作开发出了具有优良性能的介电储能材料，系统研究并提出了有效提高电介质储能密度的微-宏结构设计思路，具有重要的借鉴和启发意义。
该研究得到国家973项目“高储能密度无机电介质材料的关键问题”的资助。
论文链接： http://dx.doi.org/10.1002/adma.201503186