介電聚合物廣泛應用于電能存儲、傳輸和轉換。隨著能源需求的不斷增加和新能源技術的迅速發展,要求介電聚合物具有更加優異的電學、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為基體和顆粒之間的界面效應,因此,界面微區的結構-性能關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構、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等技術在界面研究中的應用。作為最經典的研究策略,這一策略采用了與實際應用中相似的體相復合電介質進行了表征,測量結果也將受到基體和填料等因素的影響,因此,這類方法的關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,作者總結了這一策略的主要挑戰,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域的關系。
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與比較
在全文的最后,作者從多個方面總結和比較了上述三類實驗策略(圖5),并指出它們的優缺點、關鍵問題以及有待建立的實驗方案。此外,文章對現有實驗策略的挑戰進行了分析,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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