盖世汽车讯 静电电容器是大功率脉冲设备、输变电工程、新能源汽车、5G通信等的关键部件，其超快速充放电性能和超高功率密度是其性能的关键。然而，其较低的电容量和能量密度制约了其在电气电子设备中向轻量化、柔性化、集成化方向的快速发展，突破电介质的能量密度瓶颈已成为亟待关注的研究热点。
图片来源：期刊《Advanced Powder Materials》
电击穿强度和介电常数或极化是电介质中高能量密度的两个关键参数。最常见的策略之一是将各种陶瓷纳米颗粒（例如BaTiO3、SrTiO3等）掺入高绝缘聚合物基质中，以利用它们各自的优势。然而，要显著提高介电常数，通常需要大量纳米颗粒，这往往会增加电导率，从而损害击穿强度。
据外媒报道，来自中国长沙中南大学的一组研究人员提出了一种新颖的简便策略，以实现电介质击穿强度和电极化的协同增强。相关研究已发表于期刊《Advanced Powder Materials》。
“凭借新策略，我们能够在原位单轴拉伸过程中同时实现平面取向BaTiO3纳米线填料的构建，以及聚偏氟乙烯（PVDF）基质的结晶调制，”该研究的资深作者兼通讯作者张斗教授解释说。
与零维纳米粒子相比，高纵横比的一维纳米线在纵向上具有高极化率和大偶极矩，使其在较低负载水平下更有效地提高复合材料的介电常数，同时保持电场耐久性。
研究证明，高应变应力诱导了超高极性β相并提高了杨氏模量（Young's modulus），从而促进了聚合物基质的电位移和击穿强度的共同增加。值得注意的是，有限元模拟结果表明，纳米线的定向分布有利于降低纳米线尖端的接触概率，从而减轻电场集中并阻碍击穿路径。
“新设计的拉伸PVDF基纳米复合材料能够以高达843.0 kV / mm的耐压能力运行，同时提供40.9 J / cm3的能量密度。这是迄今为止聚合物电介质中实现的最佳电容性能，”张教授补充道。
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