软质和印刷电子产品需要柔性的介电层，并且可以用低热预算的液体前体进行加工。尽管聚合物在该领域占据主导地位，同时能够实现低成本生产，但其介电常数（相对介电常数）ε_r通常低于二氧化硅的ε_r。在储能电容器、电热冷却或人造肌肉中的应用一般需要高介电常数、低电损才能有效运行。通过介电复合材料，可以将易于加工的聚合物基体与可提高介电常数的颗粒结合在一起。

近日，德国莱布尼茨新材料研究所Tobias Kraus，Lola González-García报道了开发了一种适用于喷墨打印的新型核壳纳米粒子介质。

文章要点

1）将Au核（d_core约为4.5nm）与硫醇封端的聚苯乙烯（M_n= 11000 Da和锰= 5000 Da）共价接枝，并用作旋涂和喷墨印刷介电膜的油墨。介电层的金属体积分数为5到21 vol%，根据聚合物长度和接枝密度的不同，具有随机或面心立方结构。金属含量为21 vol%的薄膜的介电常数为50@1 Hz。

2）透射电子显微镜、小角X射线散射和阻抗谱进行的结构和电学表征表明，经典的随机电容-电阻网络模型能够部分描述这种混合材料，但在金属含量较高时会失效，因为共价连接的壳层可防止渗流并确保高介电常数而不会有介质击穿的风险。此外，无序和有序薄膜的比较研究表明，网络结构对介电性能的影响小于金属含量。

3）通过喷墨油墨和打印设备的组合，研究人员展示了这种新型介电材料的适用性。面积为0.79 mm²，介质厚度为17 nm的喷墨打印电容器的电容为2.2±0.1 nF@1 kHz。

参考文献

Roman Buchheit, et al, Hybrid Dielectric Films of Inkjet-Printable Core–Shell Nanoparticles, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202103087

https://doi.org/10.1002/adma.202103087