介電聚合物廣泛應用于電能存儲、傳輸和轉(zhuǎn)換。隨著能源需求的不斷增加和新能源技術(shù)的迅速發(fā)展,要求介電聚合物具有更加優(yōu)異的電學、熱學和力學特性。通過向介電聚合物中摻入納米尺寸的無機顆粒,可以得到具有卓越綜合性能的介電聚合物納米復合材料。目前,大量研究將這類納米復合材料特異性能的起源歸結(jié)為基體和顆粒之間的界面效應,因此,界面微區(qū)的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系已成為該領域的研究熱點。然而,不同領域的研究人員對界面問題采取的研究策略、表征方法存在較大差異,得到的研究結(jié)論不盡相同,導致對界面的認知程度仍遠不能滿足新材料的研發(fā)需求。
首先,在基于納米復合材料的體相研究策略中,按照研究界面分子結(jié)構(gòu)、界面分子的動力學過程和電荷輸運特性的順序,介紹了FTIR、XPS、SFG、SAS、TGA、PALS、DSC、NMR、NSE、QENS、BDS、DMA、I-V、TSDC、ISPD、PEA等技術(shù)在界面研究中的應用。作為最經(jīng)典的研究策略,這一策略采用了與實際應用中相似的體相復合電介質(zhì)進行了表征,測量結(jié)果也將受到基體和填料等因素的影響,因此,這類方法的關(guān)鍵是從整體信號中提取界面特性的分析過程。在這一部分的最后,作者總結(jié)了這一策略的主要挑戰(zhàn),指出了在基于體相納米復合材料進行界面研究時,需要仔細辨別材料體相特性的變化與界面區(qū)域的關(guān)系。
圖2基于體相納米復合物的界面分子動力學過程研究
圖3基于掃描探針顯微鏡的界面電荷傳輸特性研究
圖5三種實驗策略的總結(jié)與比較
在全文的最后,作者從多個方面總結(jié)和比較了上述三類實驗策略(圖5),并指出它們的優(yōu)缺點、關(guān)鍵問題以及有待建立的實驗方案。此外,文章對現(xiàn)有實驗策略的挑戰(zhàn)進行了分析,并對未來的界面研究提出了建議。
論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsnano.2c07404
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