综述:通过熵工程实现受限动态与静态无序——优异高温储能性能的新路径

【字体: 时间:2025年09月28日 来源:Advanced Materials 26.8

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  本综述创新性地提出以聚合物体系内部有序度为研究核心的新范式,基于热力学原理和导电实验研究,为理解高温高电场下非线性导电行为提供新视角,对设计具有优异高温性能的先进聚合物基电容器(Polymer-based Capacitors)具有重要指导意义。

  

Abstract

聚合物基电容器在现代电子技术中扮演着关键角色,然而其储能性能在高温环境下会出现显著衰减,这极大限制了其在极端条件下的应用。尽管已有大量研究致力于解决这一挑战,但由于理想电介质本质是绝缘体,现有模型多基于无机材料经验总结导电行为。聚合物复杂的聚集结构使得准确描述其导电特性尤为困难。本文综述整合了既往研究成果,提出了一种以聚合物体系内部有序度为研究核心的新范式。该框架基于热力学原理和聚合物导电实验研究,为理解高温和高电场下非线性导电行为提供了全新视角,为设计具有卓越高温性能的先进聚合物基电容器提供了关键见解。

引言:高温储能挑战

随着电子设备向微型化、高功率密度方向发展,对电容器在高温环境下的稳定性和可靠性提出了极高要求。聚合物基电介质虽具有加工灵活、击穿场强高等优点,但其性能在高温下会因导电性急剧上升而恶化。传统研究范式多借鉴无机介电材料的理论模型,未能充分考量聚合物独特的链段运动、相态转变等本征特性。

熵工程新范式:调控内部无序度

本文提出的“熵工程”概念旨在通过精准调控聚合物体系的内部有序度(Internal Order Degree)来优化其高温性能。该范式基于热力学基本原理,认为通过引入受限的动态与静态无序(Confined Dynamic and Static Disorder),可有效抑制载流子迁移率,从而降低电导损耗。这种方法是实现高性能高温储能的新路径。

非线性导电行为的热力学阐释

在高温和高电场强度的共同作用下,聚合物电介质表现出显著的非线性导电行为。本研究框架从热力学角度出发,将导电机制与分子链的弛豫过程、自由体积分布等相联系,提供了比传统经验模型更深刻的物理图像。实验研究表明,通过熵驱动调控聚集态结构,可有效拓宽介电弛豫时间分布,从而增强高温下的绝缘稳定性。

结论与展望

本综述所阐述的研究范式为高性能聚合物电容器的设计提供了革命性的思路。通过熵工程实现受限无序,为解决高温储能难题开辟了新的材料设计策略。未来研究可聚焦于多尺度模拟与先进表征技术结合,进一步揭示复杂结构与性能间的构效关系,推动下一代高温介电材料的开发与应用。

Conflict of Interest

The authors declare no conflict of interest.

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