聚合物基介电材料在先进的电子设备和电力系统中具有关键作用。尽管已经进行了大量研究来改善其储能性能，但是在实现高能量密度和高电压下的良好可靠性方面，提高聚合物纳米复合材料的击穿强度仍然是一个巨大的挑战。

有鉴于此，中科大李晓光教授，殷月伟教授，清华大学沈洋教授报道了通过添加带负电的Ca₂Nb₃O₁₀纳米片来显著显着提高复合材料击穿强度和能量存储的通用策略。

文章要点

1）原子力显微镜（AFM）表征表明，原始CNO纳米片的厚度从单层到四层不等。单层CNO纳米片的厚度约为1.5 nm，与起始材料（KCa2Nb3O10）中主体层的晶体学厚度（1.44纳米）相当。统计分析表明，超过90％的原始CNO纳米片是单层的。 CNO纳米片将在干燥后逐层堆叠，形成层状结构。 CNO纳米片的横向尺寸可以为数百纳米，在高角度环形暗场（HAADF）图像中清晰分辨了CNO的原子结构。区域电子衍射图显示，CNO纳米片具有良好的结晶性。能量色散谱（EDS）表明CNO纳米片由Ca，Nb和O元素组成。扫描开尔文探针显微镜（SKPM）显示原始CNO纳米片带负电。

2）在基于聚偏二氟乙烯（PVDF）的纳米复合电容器中，观察到所有基于柔性聚合物的电介质中击穿强度得到显著提高（792 MV m^-1），并且能量密度最高（36.2 J cm^-3）。同样的在聚苯乙烯基纳米复合材料中击穿强度和能量密度的也具有类似的增强。表明该策略具有可推广性。

3）相场模拟表明，由带正电的聚乙烯亚胺夹在中间的带负电的Ca₂Nb₃O₁₀纳米片所产生的局部电场，从而抑制了二次碰撞电离电子并阻止了纳米复合材料的击穿路径，进而提高了纳米复合材料的击穿强度。

Zhiwei Bao, et al, Negatively Charged Nanosheets Significantly Enhance the Energy-Storage Capability of Polymer-Based Nanocomposites, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.201907227

https://doi.org/10.1002/adma.201907227