宾夕法尼亚州立大学陈龙庆、王建军AM：高储能密度和低损耗可以兼得的聚合物电介质

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电介质电容器作为微电子工业领域中应用最为广泛的元器件之一，从能量存储、功率脉冲器到功率因数校正装置领域中均占有重要的地位。聚合物电介质材料，由于其成本低、高击穿强度和独特的自愈合能力，在电容器领域中得到了广泛的研究和探索。值得注意的是，聚合物电介质的最大挑战之一就是，同时获得高能量密度和低介电损耗。例如，现有的聚合物电介质要么像线性聚合物那样具有很低的能量密度，要么像铁电聚合物那样介电损耗很高，从而严重限制其进一步应用。

近日，宾夕法尼亚州立大学陈龙庆教授、王建军博士研究团队以高玻璃化转变温度的聚4-甲基-1-戊烯（PMP）作为聚合物基体，采用茂金属配位聚合方法使具有相反电荷的共价键合离子在聚合物中均匀分布，形成双离子型聚合物。与传统离聚体不同的是，自由离子通过静电吸引作用与聚合物链相连，强共价键的存在有利于降低两性离子功能化聚合物的介电损耗。值得注意的是，功能化的两性离子也可以引入了大量的陷阱，显著提高功能化共聚物的击穿强度，抑制其在高电场下的介电损耗。实验结果表明，上述聚合物在击穿电场为1300 MV/m的储能密度为35 J/cm³，该聚合物的击穿强度和储能密度是聚合物电介质种有史以来的最高值。

本文亮点

1：在该项工作中，作者通过一种新的功能化方法，将两性离子作为一种新型的极性基团引入到线性电介质聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)中作为侧链。

2：与传统离聚体不同的是，自由离子通过静电吸引作用与聚合物链相连，强共价键的存在有利于降低聚合物的介电损耗。此外，茂金属配位聚合方法使两性离子对均匀分布，使两性离子基团在原位并保持均匀分布，而不是形成大的聚集域。

3：选择PMP作为聚合物基体是因为其比聚丙烯（PP）具有更高的熔融温度和更高的玻璃化转变温度，以及相对低的介电损耗。

4. 双离子聚合物在击穿电场为1300 MV/m的储能密度为35 J/cm³，该聚合物创造了聚合物电介质领域有史以来的最高性能。

论文信息：

Rheological Aspects of Cellulose Nanomaterials: Governing Factors and Emerging Applications

Mei‐Chun Li*, Qinglin Wu*, Robert J. Moon, Martin A. Hubbe, Michael J. Bortner

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202006052

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期刊简介

《先进材料》（Advanced Materials）是一本超过30年历史，由Wiley出版发行的材料科学类知名权威期刊。期刊聚焦功能材料在化学、物理、生物等各项领域及相关交叉学科的前沿进展，影响力广泛。最新影响因子为27.389，中科院2020年SCI期刊分区材料科学大类Q1区、工程技术大类Q1区。

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