聚合物基介电材料在静电电容器中作为储能介质具有巨大潜力。然而,聚合物的耐热性较差,导致高温下介电储能能力严重下降,限制了它们在恶劣环境中的应用。
近日,武汉理工大学Xin Zhang,伍伦贡大学Shujun Zhang,清华大学南策文院士介绍了一种柔性层压聚合物纳米复合材料,其中聚合物成分被限制在纳米级,从而提高了所得纳米复合材料的热机械电稳定性。
文章要点
1)纳米层压板由夹在固体 Al2O3 层之间的纳米限制聚醚酰亚胺 (PEI) 聚合物组成,在 200 °C 的高温下表现出 18.9 J/cm3 的高能量密度和 ~ 91% 的高能量效率。
2)研究表明,PEI 聚合物的纳米限制可降低扩散系数并限制热动力学,与本体 PEI 聚合物相比,玻璃化转变温度显著提高 37 °C。纳米层内的纳米限制和界面捕获的综合效应协同作用,有助于提高电击穿强度,并在高达 250 °C 的温度范围内增强储能性能。
3)通过在细金属线等曲面上使用柔性超薄纳米层,研究人员引入了一种创新概念,可以创建高效紧凑的金属线电容器,尽管设备体积很小,但电容却很大。
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Li, X., Liu, B., Wang, J. et al. High-temperature capacitive energy stroage in polymer nanocomposites through nanoconfinement. Nat Commun 15, 6655 (2024).
DOI:10.1038/s41467-024-51052-y
https://doi.org/10.1038/s41467-024-51052-y