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通过定制PVDF基薄膜聚合物纳米复合材料中分层结构TiO2-BaTiO3-TiO2纳米填料的界面显著提高能量密度

DOI：10.1021/acsami.9b01359 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2019 更新时间：2025-11-14 15:19:41
摘要： 具有高击穿场强和高介电常数的介电聚合物纳米复合材料因其潜在的介电与储能系统应用，在现代电气电子工业中备受关注。纳米材料的界面在提升聚合物纳米复合材料介电性能方面起着关键作用。本研究开发了聚多巴胺（dopa）功能化的TiO?-BaTiO?-TiO?（TiO?-BT-TiO?@dopa）核@双壳层纳米颗粒作为高能量密度电容器的新型纳米填料。这种分层设计的纳米填料既能调控聚合物基体周围的界面，其核心与外层TiO?壳因高导电性可作为电容极板，中间BT层因高介电常数充当介电介质，从而形成独立电容单元。电学表征显示，相较于PVDF、TiO?/PVDF、TiO?@dopa/PVDF和TiO?-BT@dopa/PVDF等聚合物纳米复合材料，TiO?-BT-TiO?@dopa/PVDF具有最高的相对介电常数（ε?）、击穿强度（E_b）及能量密度。在1kHz下其ε?达12.6，在3128kV/cm场强下能量密度为4.4J/cm3，显著优于商品化双向拉伸聚丙烯（BOPP）——后者在更高场强6400kV/cm下仅具2.2的ε?和1.2J/cm3的能量密度。这些成果为设计具有界面调控的核@多壳层纳米填料的高性能聚合物纳米复合电容器新架构开辟了新途径。
作者： Prateek，Ritamay Bhunia，Shahil Siddiqui，Ashish Garg，Raju Kumar Gupta
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过定制PVDF基薄膜聚合物纳米复合材料中具有层级结构的TiO2-BaTiO3-TiO2纳米填料的界面，开发并研究用于电容器应用的高能量密度介电聚合物纳米复合材料。

研究成果

分层结构的TiO2-BT-TiO2@dopa纳米填料显著提升了PVDF纳米复合材料的介电常数、击穿强度和能量密度，在3128 kV cm-1下实现了4.4 J cm-3的能量密度。这种新型结构可作为独立电容器发挥作用并改善界面调控，为高性能介电电容器提供了一种有前景的解决方案。

研究不足

潜在的局限性包括合成层级纳米结构的复杂性、纳米填料在未经表面改性时可能发生团聚，以及对壳层厚度和界面性能进行精确控制的必要性。若要实现规?；蜕桃涤τ茫赡苄枰杏呕?。

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