利用双层微球制备高介电常数低介电损耗的热塑性聚氨酯弹性体

《Polymer》：Preparation of Thermoplastic Polyurethane Elastomers with High Dielectric Constant and Low Dielectric Loss Using Double-Shell Microspheres

　　

摘要

具有增强介电性能的弹性体在众多技术应用领域展现出巨大潜力。然而，同时实现高介电常数和低介电损耗的弹性体制备仍面临重大科学挑战。本文基于广泛使用的TPU，提出了一种创新方案，即通过构筑双壳层结构复合材料。碳纳米结构（CNS）作为内壳层，通过界面极化作用提高介电常数。作为外壳层，氮化硼（BN）利用其宽带隙特性实现介电损耗的抑制。这种新颖的架构设计成功实现了提高介电常数和降低介电损耗的双重目标。在1 kHz下，TPU复合材料的介电常数达到19.9，介电损耗保持在0.031。本研究成功实现了兼具优异介电常数和极低介电损耗特性的弹性体制备，同时建立了一种高效且环境友好的先进介电聚合物制备工艺。

章节摘要

引言

近年来，在轻量级、柔性材料日益增长的需求驱动下，聚合物介电研究取得了重大进展。这些高性能介电聚合物已成为从储能电容器、光伏器件到有机场效应晶体管等关键应用领域不可或缺的组成部分[1], [2], [3], [4]。柔性电子技术的快速发展进一步凸显了

材料

TPU微球购自易增塑料公司。涂覆有聚氨酯的CNS由卡博特公司提供。尺寸为7-12 μm的石墨烯纳米片（GNP, KNG-G2）由克纳诺石墨烯科技提供。尺寸为25 μm的BN购自倍斯勒新材料公司。VAE-707由创华化工公司提供。

TPU复合材料的制备

首先通过机械涂覆在混料机（KT-6808）上以3档速度设置40分钟，将CNS涂覆在TPU微球表面

结果与讨论

为制备TPU@CNS@BN复合材料，首先制备了TPU@CNS@BN微球。如图1a所示，TPU@CNS微球通过机械涂覆方法制备[19]。随后，采用高速分散法将BN涂覆在微球表面，得到TPU@CNS@BN微球。在成功制备TPU@CNS@BN微球后，通过平板硫化机热压成型制备了TPU@CNS@BN复合材料。图1b展示了

结论

在本工作中，我们成功制备了具有高介电常数和低介电损耗的TPU复合材料。为实现这一目标，我们构筑了双壳层TPU微球。由于CNS具有高电导率，被选为内壳层，而BN因其宽带隙特性被选为外壳层。作为内壳层，CNS通过界面极化作用显著提高了TPU复合材料的介电常数。同时，BN外壳层有效地

CRediT作者贡献声明

马文宇：撰写——初稿，方法论，调查研究，概念化。斯冉冉：方法论，调查研究，资金获取。高鹏：调查研究。吴宝狗：调查研究。许泽凡：调查研究。王龙：撰写——审阅与编辑，监督，资金获取。应晓虎：调查研究，形式分析

利益冲突声明

? 作者声明他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢以下项目对本工作的资金支持：国家自然科学基金（52573053）、宁波市自然科学基金（项目编号：2025J072）、宁波镇海区"十四五"科技研发计划项目（编号：2024004）、浙江省海洋产业科技计划项目（编号：2026HYC10006）。

马文宇|斯冉冉|应晓虎|高鹏|吴宝狗|许泽凡|王龙

宁波中科院宁波材料技术与工程研究所，宁波高分子材料重点实验室，中国科学院，宁波，315201，中国