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  電介質(zhì)電容器是現(xiàn)代電子電力系統(tǒng)中的重要儲(chǔ)能元件。在聚合物電介質(zhì)中，弛豫鐵電聚合物具有高介電常數(shù)和較小的剩余極化,是實(shí)現(xiàn)高能量密度儲(chǔ)能電容器的重要候選材料。然而，弛豫鐵電聚合物往往具有較低極化強(qiáng)度、較高鐵電損耗以及極化過(guò)早飽和，限制了其在介電儲(chǔ)能電容器領(lǐng)域的應(yīng)用。

  近期，華中科技大學(xué)材料學(xué)院周華民教授和劉洋教授團(tuán)隊(duì)采用低劑量質(zhì)子束輻照誘導(dǎo)高熵超順電相，利用其獨(dú)特的混亂狀態(tài)，降低局域極化翻轉(zhuǎn)勢(shì)壘抑制鐵電損耗，并通過(guò)引入局域強(qiáng)極性化學(xué)鍵提高介電常數(shù)和極化強(qiáng)度，協(xié)同提升儲(chǔ)能性能。團(tuán)隊(duì)通過(guò)第一性原理計(jì)算、相場(chǎng)模擬結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)與性能表征，首次證實(shí)了高熵超順電相的存在（圖1）。區(qū)別于弛豫鐵電態(tài)，高熵態(tài)能提升介電常數(shù)，增強(qiáng)極化強(qiáng)度(圖2a)，降低鐵電損耗(圖2e和2f)以及推遲極化過(guò)早飽和(圖2a)，進(jìn)而顯著提升介電儲(chǔ)能性能（圖2d）。比如，在低電場(chǎng)強(qiáng)度100 MV/m下放電能量密度為3.2 J/cm³，充放電效率為87.2 %，接近商用雙向拉伸聚丙烯BOPP在高電場(chǎng)500 MV/m-600 MV/m下的儲(chǔ)能性能（圖2b和2c）。這為解決弛豫鐵電聚合物介電儲(chǔ)能應(yīng)用的瓶頸難題提供了新的思路。研究還發(fā)現(xiàn)高熵策略提升聚合物性能具有一定普適性，不僅大幅提升了介電儲(chǔ)能性能，還顯著改善了低電場(chǎng)下電卡制冷效應(yīng)。這為后續(xù)設(shè)計(jì)高性能電活性聚合物材料與器件開(kāi)辟了新的方向。

  該工作以“Enhanced energy storage in high-entropy ferroelectric polymers”為題發(fā)表在《Nature Materials》上，周華民教授和劉洋教授為論文共同通訊作者，華中科技大學(xué)為第一通訊單位，該團(tuán)隊(duì)成員博士后李晨祎博士、南方科技大學(xué)李波副教授為共同第一作者，合作者還包括材料學(xué)院張海波教授，賓夕法尼亞州立大學(xué)王慶教授和陳龍慶教授以及上海交通大學(xué)楊天南副教授等。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃集成項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、華中科技大學(xué)人才引進(jìn)啟動(dòng)基金等項(xiàng)目的資助。

圖1高熵態(tài)的理論與實(shí)驗(yàn)證據(jù)。a，構(gòu)象示意圖；b，XRD衍射圖；c, d，紅外光譜；e，f，第一性原理；g，h，納米紅外光譜；i，j, k, l相場(chǎng)模擬。

圖2 高熵聚合物的介電儲(chǔ)能。a，電滯回線；b，效率對(duì)比；c，放電能量密度對(duì)比；d，放電能量密度和效率；e，導(dǎo)電損耗與鐵電損耗； f，鐵電損耗對(duì)比。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02211-z

  招聘博士后：華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院周華民團(tuán)隊(duì)因項(xiàng)目和課題需要，擬公開(kāi)招聘博士后1-2名，方向?yàn)楦叻肿幽げ募庸づc成形、柔性功能電子器件和復(fù)合材料多尺度模擬。要求年齡不超過(guò)35周歲，博士畢業(yè)三年以內(nèi)，發(fā)表過(guò)相關(guān)領(lǐng)域的SCI論文1篇以上，并且具備鐵電壓電材料和電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，柔性電子器件設(shè)計(jì)與制備經(jīng)驗(yàn)，和高分子材料及加工背景。有意應(yīng)聘者請(qǐng)將應(yīng)聘材料（個(gè)人簡(jiǎn)歷、科研總結(jié)及代表性論文等相關(guān)材料掃描件）發(fā)至yliu1319@hust.edu.cn，標(biāo)題請(qǐng)標(biāo)注“應(yīng)聘博士后-姓名”。歡迎有志于從事科學(xué)研究的優(yōu)秀科研人員加入！