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基于多层结构设计的高储能密度氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料

2021-08-16朱德帅赵剑英杨正慧郭海泉高连勋

高等学校化学学报 2021年8期
关键词:复合材料

朱德帅,赵剑英,杨正慧,郭海泉,高连勋

(1.山东理工大学化学化工学院,淄博 255049;2.中国科学院长春应用化学研究所高分子复合材料工程国家重点实验室,长春 130022)

随着现代电子技术的迅速发展,新能源技术越来越受到重视,电介质储能器件在许多领域得到了广泛应用,特别是高储能密度聚合物电介质电容器备受关注[1,2].与传统的电化学电容器相比,聚合物电容器具有功率密度高、充放电速度快及循环使用寿命长的特性,极大地促进了聚合物电容器在便携式电子产品、电力系统、高功率脉冲系统及电动汽车等领域的应用[3,4].但聚合物介质储能材料有限的能量密度制约了其更广阔应用.提高能量密度有利于实现电子器件和电力系统的小型化和轻量化,降低其成本,并提高其可靠性[5,6].

对于线性电介质材料,其单位体积的最高储能密度(U,J/cm3)与材料的介电常数(εr)及击穿强度(Eb,kV/mm)的平方成正比[7,8]:

式中:ε0为真空介电常数.

因此,要获得高储能密度电介质材料,关键在于发展兼具高介电常数和高击穿强度的聚合物材料.单一的聚合物材料难以获得较高的介电常数,向聚合物中添加高介电常数粒子或导电粒子可以有效提高复合材料的介电常数.近年来,高介电陶瓷纳米粒子、核壳结构金属纳米粒子、半导体纳米粒子、导电聚苯胺纳米粒子、碳纳米管及石墨烯等新型的高介电或导电纳米填料陆续被报道[9~12].这些填料均可有效提高复合材料的介电……

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