利用极性电子缺乏分子进行结晶和介电性能调控，以提高聚丙烯电容器薄膜的能量存储性能

《COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY》：Crystallization and Permittivity Engineering with Polar Electron-Deficient Molecules for Enhanced Energy Storage in Polypropylene Capacitor Films

　　

张美荣|王秋伟|王景阳|马东|任斌成|龚红红|谭少波|谢云川|刘振学|高登峰|张志成

摘要

聚丙烯（PP）由于其高击穿强度、优异的加工性能和固有的自修复能力，成为电容器薄膜的先进介电材料。然而，其低能量密度和较差的热稳定性限制了其在下一代电力电子器件中的应用。本文通过挤出铸造工艺，将一种高极性、缺电子的分子——2-(2,4-二羟基苯基)-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪（DBDT）引入PP中，开发出一种物理共混策略。DBDT具有较高的电子亲和力，在高电场和高温下可作为有效的电荷捕获剂，从而显著抑制漏电流，并提高击穿强度和热稳定性。此外，DBDT还起到异质成核剂的作用，促进晶体细化并提高结晶度，这些因素共同提升了材料的机械强度。极性DBDT的引入增强了偶极极化，进而提高了介电常数。这些协同效应显著提升了材料的能量存储性能。在DBDT添加量为0.50 wt%时，该复合薄膜在650 MV/m的电场下可实现5.87 J/cm3的高放电能量密度，放电效率超过87%。本研究展示了一种可扩展的、基于物理机制的策略，能够同时调控PP薄膜的结晶行为和介电性能，为高性能、热稳定的聚合物介电材料的设计提供了有前景的方法。