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來自西安交通大學(xué)的學(xué)者報道了一種由聚酰亞胺(PI)介電聚合物與高絕緣氧化鎂(MgO)納米填料混合而成的復(fù)合材料，其具有高擊穿強(qiáng)度、寬溫度范圍和低介電損耗。然而，大多數(shù)介電聚合物在室溫下具有良好的儲能性能，不能在100℃以上的高溫下使用。本文通過原位聚合制備的聚酰亞胺介電納米復(fù)合材料由容易制備的氧化鎂填料組成，具有不同的形貌，如納米顆粒(0D)、納米線(1D)和納米片(2D)。實驗結(jié)果表明，聚合物復(fù)合材料的絕緣性能和擊穿強(qiáng)度與氧化鎂的形態(tài)密切相關(guān)，有限元模擬結(jié)果進(jìn)一步證明了這一結(jié)論的合理性。含有超低含量(0.5vol%)氧化鎂納米片的聚合物復(fù)合材料具有超高的電容性能，即在150℃時的放電能量密度為4.78 J.cm−3，明顯優(yōu)于已報道的介電聚合物和納米復(fù)合材料。相關(guān)文章以“High-Temperature Flexible Nanocomposites with Ultra-High Energy Storage Density by nanostructured MgO fillers”標(biāo)題發(fā)表在Advanced Functional Materials。

圖1.材料準(zhǔn)備。aa)聚酰亞胺基聚合物納米復(fù)合材料的制備示意圖。b)PI/MgO-NPLs薄膜的照片，其體積分?jǐn)?shù)為0.5vol%。

圖 2.介電穩(wěn)定性。a） 隨著MgO含量的變化，復(fù)合材料在25℃和10 kHz下的介電常數(shù)和介電損耗。b） 在 1 kHz 下測得的含有 0.75 vol% MgO 的 PI 和 PI/MgO 復(fù)合材料的溫度相關(guān)介電常數(shù)和損耗。

圖 3.擊穿強(qiáng)度和直流電阻率。a)PI/MgO納米復(fù)合薄膜在150℃下的擊穿強(qiáng)度。b）在50 MV m−1和150 ℃時，具有MgO的納米復(fù)合材料的直流電阻率。c） 在410 MV m−1時，通過無限元模擬，在MgO含量為MgO的PI納米復(fù)合材料中擊穿路徑演化的最終穩(wěn)定狀態(tài)。

圖 4.電能存儲能力。PI/MgO-NPs （a）、PI/MgO-NWs（b）和PI/MgO-NPL（c）在10 Hz和150℃下測得的放電能量密度和充放電效率。

綜上所述，本文成功地證明了在PI聚合物基質(zhì)中加入少量具有納米片狀結(jié)構(gòu)的氧化鎂可以引入深層阱，從而顯著提高材料的電阻率，特別是在高場強(qiáng)和高溫情況下。氧化鎂具有帶隙寬、介電常數(shù)高的特點，使復(fù)合材料具有高Ud、大η、顯著Eb、高場強(qiáng)、高溫介電穩(wěn)定性好等綜合優(yōu)勢。此外，納米粒子、納米粒子和納米粒子的形態(tài)和結(jié)構(gòu)也被特定地用于進(jìn)一步改善高溫電容器聚合物復(fù)合材料的性能。與介電聚合物和c-BCB/BNNS復(fù)合材料相比，MgO NPLs具有優(yōu)異的溫度電容性能。此外，超低體積含量的氧化鎂納米粒子(0.5vol%)的聚酰亞胺復(fù)合材料具有更大的可伸縮性。這種簡單的方法揭示了可伸縮高性能高溫介電聚合物復(fù)合材料的合理設(shè)計，證明了介電聚合物材料在極端環(huán)境下的電力電子和電氣系統(tǒng)中的實際應(yīng)用潛力。（文：SSC）