图1、全有机双层异质聚合物的分子互穿界面的理论模拟、表征与性能
通过调控 PVDF 基共混铁电聚合物和线性电介质 PEI 层间的异质分子互穿界面，可以实现极性相转变，提高极性相β、γ相的含量，这可以有效增强聚合物的极化，如图2所示。此外，分子互穿界面处的异质分子间存在强的相互作用力，使得分子链间距降低，晶粒尺寸减小，这使得界面处的杨氏模量提高，有效缓解局部应力畸变，如图3所示。热刺激去极化电流测试（TSDC）、脉冲电声测试（PEA）和开尔文探针力显微镜（KPFM）测试结果表明，该分子界面设计还增强了聚合物薄膜对自由电荷的捕获能力，这使得漏电流密度显著降低，击穿强度显著提升，如图3所示。
图2、分子互穿界面引起的极性相转变与分子间相互作用
图3、分子互穿界面的电荷捕获、机械性能与聚合物的击穿强度
鉴于介电常数和击穿强度的协同提升，聚合物薄膜在940 MV m-1的超高电场下，同时获得29.89 J cm-3的高储能密度和81.1%的高效率。并且在充放电效率≥90%时的储能密度为22.89 J cm-3，这优于目前报道的聚合物基薄膜电介质材料，如图4所示。此外，该聚合物薄膜还具备优异的循环稳定性和大规模生产能力。
图4、聚合物薄膜的储能性能、P-E疲劳和稳定性
南方科技大学材料科学与工程系博士研究生孙良为论文第一作者，研究助理教授张凤元和博士后李立为论文共同第一作者，汪宏为论文责任通讯作者，美国宾州州立大学教授王庆和李立为论文共同通讯作者，南科大为论文第一单位。南科大材料系教授李江宇、清华大学电机系副教授李琦、西安交通大学电气工程学院教授吴锴等人参与了本工作。此研究得到了国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目、国家重点研发计划等项目的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202412561
本文内容来源：
https://newshub.sustech.edu.cn/html/202412/45988.htm
信息来源：材料人
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