摘要
随着电子设备不断微型化、集成化和轻量化，聚合物基介电材料受到了广泛关注，特别是在电容储能和高压绝缘领域。与传统陶瓷介电材料相比，聚合物基体具有密度低、柔韧性优异、易于加工和良好的机械完整性等优势。然而，其实际应用仍受若干固有缺陷的限制，包括介电常数相对较低、击穿强度不足、热稳定性较差，以及难以同时实现低介电损耗和高能量密度。近年来，研究者们通过引入功能性填料、界面工程、多尺度结构设计和先进制备策略等方面的大量努力来克服这些局限性。本文从多个角度系统总结了聚合物基介电复合材料的最新进展。特别地，本文主要聚焦于用于电容储能的聚合物基介电复合材料，同时将高压绝缘作为次要应用背景进行讨论。讨论重点围绕用于电容储能的介电复合材料，强调同时实现高介电常数、高击穿强度、低介电损耗和热稳定性。首先，讨论了包括金属基、碳基、陶瓷基和聚合物基填料在内的常见填料的类型、特性及改性策略。其次，分析了表面改性、偶联剂、等离子体处理和核壳结构等代表性界面工程方法，重点阐述其在减少界面缺陷和调控电荷传输方面的作用。再次，详细综述了支配介电行为的极化机制，包括电子极化、偶极极化和界面极化。第四，总结了溶液浇铸、溶液共混、原位聚合和3D打印等主要制备方法，以及它们对微观结构和性能的影响。此外，还突出了数值模拟、机器学习辅助设计和面向可持续发展的材料开发等新兴课题。总体而言，提升聚合物基介电复合材料性能的关键在于填料选择、界面结构和多尺度架构的协同优化。最后，本文概述了开发下一代储能和电子系统所需的高性能、低损耗、热稳定且可规模化介电复合材料所面临的当前瓶颈及未来方向。
亮点
- 聚合物基介电复合材料受到了广泛关注。
- 填料选择和界面设计仍是核心问题。
- 制备技术是调控结构和性能的关键。
- 结构与性能之间的关系需要深入分析。
- 机器学习、计算模拟、成本和可持续性是当前面临的挑战。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
数据可用性声明
支持本研究结果的数据可根据需求向通讯作者索取。由于隐私或伦理限制，这些数据未公开可用。
