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  耐高溫聚合物介電材料是近年來儲能聚合物電介質(zhì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。聚醚酰亞胺（PEI）是在聚酰亞胺主鏈中加入醚鍵（-O-）而得的一類耐高溫線性聚合物電介質(zhì)。PEI擁有高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、易加工、柔韌性好、高的擊穿強(qiáng)度等特點(diǎn)，是高溫薄膜電容器用優(yōu)異候選材料。但在高溫高場下，從電極注入的電子和材料自身激發(fā)的電子急劇增多，導(dǎo)致電介質(zhì)PEI容易形成導(dǎo)電通路，產(chǎn)生高電導(dǎo)損耗，具有低的儲能密度和效率。

  近期，湘潭大學(xué)陳盛副教授課題組聯(lián)合中南大學(xué)羅行副教授提出以P型半導(dǎo)體聚合物苯并菲（PMHT）作為有機(jī)功能填料，通過靜電相互作用建立物理交聯(lián)、異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面處的電子-空穴對構(gòu)筑電荷陷阱以及低電子親和能提高電極界面勢壘的三重策略，極大提高了PEI介電薄膜在極端條件下的儲能密度和效率。

圖1. a) PEI與PMHT靜電相互作用示意圖; b)純PEI, c)低含量PMHT和d)高含量PMHT薄膜導(dǎo)電通路形成示意圖; e) PEI與PMHT界面處形成的電子-空穴對示意圖; f) PEI和PMHT的能級圖。

圖2. 室溫下，聚合物薄膜的a)介電常數(shù)和b)介電損耗隨頻率變化圖; 1 kHz下，聚合物薄膜的c)介電常數(shù)和d)介電損耗隨溫度變化圖。

圖3. 純PEI和0.75wt% PMHT/PEI在100 ℃和150 ℃的a,b)P-E曲線和d,e)儲能性能; 0.75wt% PMHT/PEI在200 ℃的c)P-E曲線和f)儲能性能; g)純PEI和0.75wt% PMHT/PEI的放電能量密度隨溫度變化圖; 當(dāng)η>90%,本工作與其它工作在h) 150°C和i) 200°C下的放電能量密度比較圖。

  該研究成果以“Improved Capacitive Energy Storage at High Temperature via Constructing Physical Cross-Link and Electron-Hole Pairs Based on P-Type Semiconductive Polymer Filler”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》期刊上。論文的第一作者為湘潭大學(xué)化學(xué)學(xué)院碩士研究生嚴(yán)傳芳，湘潭大學(xué)陳盛副教授和中南大學(xué)羅行副教授為共同通訊作者。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202312238

作者簡介

  陳盛，男，1986年出生于湖南益陽，漢族，中共黨員，副教授。主要從事液晶高分子的合成與相結(jié)構(gòu)的研究，以及儲能聚合物電介質(zhì)材料的研究。研究特色是液晶高分子的介電與儲能性能和液晶高分子界面修飾劑對聚合物基介電復(fù)合材料的電性能影響的研究。近年來，主持了國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、湖南省自然科學(xué)面上項(xiàng)目、湖南省自然科學(xué)青年項(xiàng)目、湖南省教育廳創(chuàng)新項(xiàng)目、湖南省教育廳優(yōu)秀青年項(xiàng)目、教育部“產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人”項(xiàng)目等。以第一作者和通訊作者在Advanced Functional Materials、Advanced Science、Energy & Environmental Materials、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Materials Chemistry A、Macromolecules、Chemical Engineering Journal、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Journal of Power Sources、Composites Part A等期刊上發(fā)表SCI論文50多篇。

  下載：Improved Capacitive Energy Storage at High Temperature via Constructing Physical Cross-Link and Electron-Hole Pairs Based on P-Type Semiconductive Polymer Filler