聚合物介电材料因其在先进储能电容器方面的巨大应用潜力，在世界范围内引起了广泛的关注。迄今为止，人们已经开发出各种有效的策略来改善聚合物介质固有的低能量密度。然而，能量密度的提高往往伴随着放电效率的降低，这不利于实际应用。

近日，中国海洋大学史志成副教授报道了制备了一种不使用无机填料的新型全聚合物线性介电聚醚酰亚胺（PEI）基体层-过渡层（PEI/P((VDF-HFP))）-非线性介电层BaTiO₃/P(VDF-HFP)（LTN）结构。

文章要点

1）在LTN 结构中，L层采用纯PEI，N层采用纯P(VDF-HFP)，T层采用PEI/P(VDF-HFP)共混复合材料。L层具有较高的击穿强度（E_b）和放电效率（η），N层具有较高的相对介电常数（ε_r），尤其是T层具有均匀电场和提高E_b的作用。这种不对称全聚合物三层LTN结构的研究还尚未尚报道。

2）实验结果表明，T层的引入显著提高了双层LN结构的E_b和ε_r，从而明显提高了能量密度（U_d）和高η。

3）理论计算结果表明，T层可以使LTN结构内部的电场更加均匀，从而减轻电场畸变，提高E_b。同时，T层内相邻层之间的宏观界面和PEI与P(VDFHFP)之间的微观界面可以强化界面极化，从而进一步提高ε_r和U_d。

4）进一步的研究表明，与传统的对称NTN结构相比，这种新型的非对称LTN结构具有更高的η和U_d。

这种非对称三层全聚合物设计策略为获得同时具有高η和高U_d的介质电容储能材料开辟了一条新的途径。

参考文献

Liang Sun, et al, Asymmetric Trilayer All-Polymer Dielectric Composites with Simultaneous High Efficiency and High Energy Density: A Novel Design Targeting for Advanced Energy Storage Capacitors, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202100280

https://doi.org/10.1002/adfm.202100280