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Synergistically enhanced dielectric, insulating and thermally conductive performances of sandwich PMMA based dielectric films
夹层PMMA基介电薄膜的介电、绝缘和导热性能协同增强
研究背景
聚合物薄膜电容器因其高功率密度、优异的电绝缘性、低介电损耗、重量轻和良好的柔韧性而广泛应用于电子、电力系统、航空航天、军事和医疗领域。然而，聚合物介电材料的低能量密度和充放电效率限制了电子设备小型化和轻量化的不断发展。
研究方法
本研究通过交替旋涂氮化硼/聚甲基丙烯酸甲酯（BN/PMMA，B）和石墨烯纳米片（GNS/PMMA，G）化合物溶液，报道了一种电绝缘、高介电常数和导热的BN/PMMA-GNS/PMMA-BN/PMMA（B-G-B）复合薄膜。结果表明，夹层结构的设计可以有效地抑制电枝状晶体的生长。并且由于宽带隙BN的势垒效应，击穿路径得到扩展。同时，作为电极的导电GNS在PMMA基质内形成了大量的微电容，使得介电极化增强。此外，导热BN和GNS通过构建不同的导热路径协同提高了复合材料的导热性。
实验结果解析
图1. B-G-B夹层介电薄膜的制备工艺
图3. （a） 介电常数，（b）介电损耗，（c）电导率随频率的变化；（d） B-G-B夹层复合薄膜在1kHz下的介电常数和介电损耗。
图6. 3 wt%GNS/PMMA和1-3-1复合材料的（a，a'）电场和（b，b'）电流密度分布的模拟。
图7. B-G-B夹层电介质综合性能星图。
实验总结
在这项工作中，通过交替旋涂BN/PMMA（B）和GNS/PMMA（G）复合溶液设计了一种三明治B-G-B复合薄膜。耐击穿BN/PMMA用作外层以阻止电荷注入并限制载流子跃迁，而高极化GNS/PMMA用作中间层以增强极化。结果表明，1-3-1复合材料的整体性能最好，介电常数提高了4.3，击穿强度提高了458.6 kV/mm，可预测的储能密度为4.0 J·cm-3，比纯PMMA高119%、113%和154%。此外，添加高导热BN和GNS可以同时提高介电薄膜的导热性，这意味着在嵌入式电容器中具有潜在的应用前景。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2024.05.004
期刊简介
Progress in Natural Science: Materials International(PNSMI)由中国材料研究学会主办，是一本综合类英文SCI学术期刊，刊登材料科学领域的基础研究和应用基础研究方面的高水平、有创造性和重要意义的最新研究成果。
2022年最新影响因子4.8，分区为中科院材料科学二区。入选2019年中国科技期刊卓越行动计划，2022、2023连续两年获评中国最具国际影响力学术期刊。
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