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  電介質電容器由于充放電速度快，功率密度高等優點在微電子、生物醫療、混合動力汽車、大功率換能器、高壓輸電系統和軍事領域得到廣泛應用。但是極化強度和擊穿場強之間的矛盾導致了電介質材料較低的儲能密度并且限制了電子器件集成化、微型化的發展趨勢。如何平衡極化和擊穿場強之間的矛盾，對于獲得優異的儲能性能具有重要意義。

  近日，西安交通大學化學學院張志成教授團隊提出了一種不依賴高極性基團來提高聚合物電介質儲能密度的方法。該工作以PMMA為例，通過在極性聚合物中引入大體積缺電子的乙烯基喹啉(VQQ)單元，其可以同時抑制極化弛豫和電荷傳導引起的能量損失。為避免小分子VQQ在聚合物基體中的遷移，將其先與MMA預共聚，合成VQQ含量為11 mol%的P(MMA-VQQ)共聚物，再與PMMA基體按設計的摩爾比共混。隨著共混聚合物中大體積缺電子VQQ單元含量的增加，聚合物的α和β弛豫帶來的能量損耗逐漸得到抑制。此外缺電子的喹啉環作為電荷陷阱可以有效抑制材料內部泄露電流并提高其擊穿場強，最終實現儲能性能的綜合提升。

圖4. (a)和 (b) 介電薄膜在室溫和100°C時的擊穿分布；(c) 和 (d) 介電薄膜在室溫和100°C時泄露電流密度；(e) 和 (f) PMMA和PMMA/P(MMA-VQQ)-3.8 mol%的熱刺激去極化電流；(g) PMMA和P(MMA-VQQ)的能帶分布圖；(h) PMMA/P(MMA-VQQ)復合材料中載流子捕獲示意圖。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3MH00262D

團隊介紹

張志成教授電功能高分子課題組

課題組簡介：

張志成教授團隊的研究領域主要有有機氟化學與氟聚合物化學改性、先進儲能高分子的設計與可控合成、儲能聚合物復合電介質研究、智能材料合成與傳感器應用、生物醫學功能材料、無機多孔材料水污染治理應用研究等六個方向。團隊現有科研人員9人，其中教授4人，副教授3人，助理教授2人，在讀研究生40余人。

團隊負責人張志成教授十幾年來致力于電功能氟聚合物設計合成及先進聚合物電介質研究，包括新型氟聚合物的設計、改性方法、氟聚合物材料的結構性能關系研究、電活性氟聚合物及其在高儲能電容器、傳感器等領域的應用等。近年來圍繞氟聚合物的合成改性，開發了多種基于C-Cl、C-F 鍵活化的可控改性方法，為新型氟聚合物的設計合成開辟了新途徑；在氟聚合物鐵電壓電特性及電性能調控方面進行了系統研究，并取得了豐碩的成果；在鐵電聚合物薄膜傳感器及能量收集應用方面開展了相關工作，積累了一定的研究基礎。主持國家自然科學基金項目4項（重點1項，面上2項，青年1項），省部級科研項目8項，橫向項目20余項。以第一（通訊）作者共發表 高水平論文150余篇，發表 SCI論文被引用3400余次，個人H因子為33。2010年入選教育部新世紀優秀人才計劃，2019年獲得陜西省職工十大創新創業人物稱號，獲2021年陜西省技術發明獎二等獎（排名第3）。現任《高分子通報》、《IET Nanodielectric》、《Reactive and Functional Polymers》、《大學化學》等期刊編委。

課題組相關研究：http://gr.xjtu.edu.cn/en/web/zhichengzhang

課題組長期招收高分子、電介質儲能、介電彈性體、聚合物鐵電壓電材料等方向的碩士、博士研究生。