基于聚酰亚胺的超高压电介质击穿强度纳米复合材料：综述与新的突破

《ACS Applied Electronic Materials》：Polyimide-Based Nanocomposites with Ultra-High Dielectric Breakdown Strength: A Review and New Record

本研究通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷功能化二氧化硅纳米粒子，优化其表面化学，显著提升聚酰亚胺基纳米复合材料的介电性能，实现击穿场强达1000 V/μm，增强因子68%，为高压设备绝缘和储能应用提供新方法。

　　

本研究报道了在基于聚酰亚胺的纳米复合材料介电击穿强度增强领域的一项创新成果。这一成就是通过精确优化二氧化硅（SiO₂）纳米粒子的表面化学性质实现的。利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）进行高效的表面功能化处理，成功在SiO₂表面接枝了单层配体，从而实现了最佳的胶体稳定性，使其在聚酰亚胺（PI）基体中均匀分散。经过APTES功能化的PI/SiO₂纳米复合薄膜在电绝缘性能上表现出显著提升：介电常数降低、介电损耗减少以及在高电场下的导电性降低，这些现象都与更有效的偶极子运动限制和电荷捕获效应有关。本研究首次展示了如何设计出具有革命性超高压击穿强度特性的聚酰亚胺纳米复合材料，其击穿场强E_BD约为1000 V/μm，增强因子η_E达到约68%，相较于纯聚酰亚胺有显著提高。我们的研究方法为推动该领域的技术进步提供了新的途径，使基于聚酰亚胺的纳米复合薄膜能够应用于未来的高压领域，如集成绝缘和电容储能等。