在先进的电子和电力系统中，开发能够在高温工作的具有高能量密度聚合物介质具有重要意义。

近日，美国宾夕法尼亚州立大学Qing Wang，重庆大学Xuetong Zhao报道了一种由ZrO₂核和Al₂O₃壳组成的核壳结构纳米颗粒填充的聚醚酰亚胺（PEI）复合材料。

文章要点

1）从ZrO₂核和Al₂O₃壳层到PEI基体的介电常数梯度的建立使得纳米颗粒周围具有极小的电场畸变，因此在不同温度下具有较高的击穿强度。此外，宽禁带Al₂O₃壳层在复合材料中产生了深陷阱，因此与高温下纯ZrO₂相比，复合材料的漏电流密度低了一个数量级。

2）实验结果显示，该复合材料的放电能量密度为5.19 J cm⁻³，温度为150 °C，表现优于目前在10 Hz下测量的自立式高温聚合物和聚合物复合薄膜。此外，核壳结构复合材料具有很好的热稳定性和充放电效率，并且随着温度从25 ℃升高到150 °C，能量密度也有所提高。

3）研究人员通过有限元模拟和数值计算，揭示了核壳结构对复合材料电场分布和导电性能的影响。

参考文献

Lulu Ren, et al, High-Temperature High-Energy-Density Dielectric Polymer Nanocomposites Utilizing Inorganic Core–Shell Nanostructured Nanofillers, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202101297

https://doi.org/10.1002/aenm.202101297