机械-电介质协同调制技术实现了TPU/PVDF全有机薄膜中的高能量密度

《Journal of Applied Polymer Science》：Mechanical-Dielectric Synergistic Modulation Enables High Energy Density in TPU/PVDF All-Organic Films

TPU/PVDF全有机介电薄膜通过机械-介电协同增强机制实现性能突破，3wt% TPU添加使击穿强度达543 MV/m（提升67%），能量密度7.71 J/cm3（提升134%），其苯环π键增强分子间作用，致密链 packing提高杨氏模量，TPU分子链动态调整抑制电场畸变，将失效模式转为延性断裂，为柔性电子器件设计提供新策略。

　　

摘要

本研究通过采用简单的溶液浇铸方法，利用机械-介电协同增强机制制备了高性能的热塑性聚氨酯（TPU）/聚偏二氟乙烯（PVDF）全有机介电薄膜。实验结果表明，添加3%质量的TPU显著改善了材料的介电性能：其击穿强度达到了543 MV m^?1（比纯PVDF高出67%），能量存储密度为7.71 J cm^?3（提升了134%）。机械性能测试表明，TPU中苯环上的大π键增强了链间相互作用，从而显著提高了拉伸强度；同时，紧密的分子链排列方式提升了杨氏模量。在电场作用下，TPU分子链通过动态构象调整主动填充PVDF基体中的缺陷位点，抑制了局部电场畸变，减少了电荷积累，从而显著提高了击穿强度。此外，弹性网络的形成提高了机电应力的耗散效率。这种多尺度机械-介电协同作用使得材料的破坏模式从脆性断裂转变为韧性行为，从而显著提升了击穿强度。这一创新策略为设计高性能柔性电子设备提供了新的思路。

图形摘要

从晶体相到界面：TPU在PVDF柔性电子器件中的多层次结构调控机制。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。