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  脈沖電容器由于其優(yōu)異的快速充放電性能，在電動(dòng)汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電、電磁彈射裝置等脈沖能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用。為了滿足電力電子設(shè)備的高度集成化發(fā)展，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)介電材料的儲(chǔ)能密度提升開(kāi)展了大量研究。然而，儲(chǔ)能密度的提升通常會(huì)導(dǎo)致充放電效率降低，成為限制高儲(chǔ)能密度介電材料發(fā)展的瓶頸。

  近日，中國(guó)海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院史志成副教授課題組在前期線性/非線性介電雙層材料研究（J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 5750-5757.）基礎(chǔ)上，通過(guò)在線性層和非線性層之間引入功能過(guò)渡層，設(shè)計(jì)了一種新型的非對(duì)稱(chēng)三層結(jié)構(gòu)線性/非線性介電復(fù)合薄膜。非線性層的高極化提供了高儲(chǔ)能密度，而線性層的低損耗提供了高充放電效率，從而使三層薄膜可以獲得均衡的儲(chǔ)能密度和充放電效率。尤其是，過(guò)渡層的引入有效地緩和了線性層和非線性層之間的顯著介電性能差異，使電場(chǎng)重新分布，且層間界面對(duì)擊穿路徑擴(kuò)展會(huì)產(chǎn)生阻礙作用，從而獲得擊穿強(qiáng)度的顯著提升。結(jié)果表明，相對(duì)于不含過(guò)渡層的雙層薄膜，該三層薄膜在保持高充放電效率的同時(shí)，儲(chǔ)能密度提升了約一倍。該研究為兼具高儲(chǔ)能密度和高效率的介電復(fù)合材料提供了新的設(shè)計(jì)策略，成果以“Asymmetric Trilayer All-Polymer Dielectric Composites with Simultaneous High Efficiency and High Energy Density: A Novel Design Targeting for Advanced Energy Storage Capacitors”為題，發(fā)表在材料領(lǐng)域國(guó)際頂尖期刊《先進(jìn)功能材料》上（Advanced Functional Materials, 2021, IF2020=16.836）。

  中國(guó)海洋大學(xué)為文章第一單位，碩士研究生孫良為文章第一作者，史志成副教授為文章唯一通訊作者，南方科技大學(xué)汪宏教授等合作者對(duì)該研究做出了重要貢獻(xiàn)。

  史志成副教授長(zhǎng)期從事介電功能復(fù)合材料研究，以第一或通訊作者在Adv. Mater.和Adv. Funct. Mater.等期刊發(fā)表論文30余篇，近年來(lái)，在國(guó)家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助下，聚焦高儲(chǔ)能密度脈沖電容器研究，以第一/通訊作者在介電復(fù)合材料的宏觀疊層化設(shè)計(jì)（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 27522-27532.; J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 5750-5757.; J. Mater. Chem. C, 2020, 8, 10257-10265; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 26713-26722.; J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 14575-14582.; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 1793-1800.）和微觀填料設(shè)計(jì)（Composites Part A, 2020, 131, 105814.; Composites Part A, 2019, 125, 105521.）方面取得了一系列研究成果，為介電儲(chǔ)能材料研究提供了有效的理論借鑒，對(duì)于推動(dòng)高功率脈沖能量系統(tǒng)的小型化和高度集成化具有重要意義。

  論文鏈接：

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100280

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.1c08063