中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，湖北大學(xué)微納電子材料與器件湖北省重點(diǎn)實(shí)驗室胡永明教授、張清風(fēng)教授領(lǐng)銜的鐵電基能量探測和介電儲能跨學(xué)科交叉團隊，在高溫介電儲能材料與器件研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，相關(guān)成果以《Excellent high-temperature dielectric energy storage performance in bilayer nanocomposites with high-entropy ferroelectric oxide ?llers》為題、湖北大學(xué)為第一通訊單位，在國際重要學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》發(fā)表。
聚合物薄膜介電電容器憑借高功率密度（107W kg-1）、快速放電速率（<100 ns）和超長(cháng)循環(huán)壽命（106次）等顯著(zhù)優(yōu)勢，成為先進(jìn)電子和電力系統的核心組件。然而，其低介電常數、小擊穿電場(chǎng)以及高傳導損耗等問(wèn)題，嚴重限制了在混合動(dòng)力汽車(chē)、井下油氣勘探開(kāi)發(fā)、大功率武器系統等極端環(huán)境領(lǐng)域的應用。針對這些關(guān)鍵難題，研究團隊潛心鉆研，成功設計并開(kāi)發(fā)出[0.8(Na0.2Bi0.2Ba0.2Sr0.2Ca0.2)TiO3-0.2NaNbO3]@Al2O3高熵鐵電納米顆粒/聚醚酰亞胺-氮化鋁/聚醚酰亞胺-三蝶烯雙層納米復合材料。該創(chuàng )新材料巧妙融合多種特性：充分發(fā)揮高熵鐵電填料在高溫下高介電常數、小極化滯后的優(yōu)勢；利用氮化鋁的高導熱性，聚醚酰亞胺-三蝶烯的增強剛性、載流子陷阱效應，以及雙層界面抑制載流子遷移的作用，有效提升了材料的擊穿強度。
研究結果表明，這種雙層納米復合材料在150°C高溫環(huán)境下，介電常數與擊穿強度顯著(zhù)提升，傳導損耗大幅降低。在高達6341 kV cm-1的電場(chǎng)下，實(shí)現了12.35 J cm-3的放電能量密度，刷新當前紀錄，同時(shí)效率高達90.25%。此次研究成果為開(kāi)發(fā)適用于極端環(huán)境的高性能介電薄膜電容器開(kāi)辟了全新路徑，具有重大理論意義和廣闊的應用前景。
該論文中，碩士研究生趙璇為第一作者，胡永明教授和張清風(fēng)教授為共同通訊作者，研究還得到了哈爾濱工業(yè)大學(xué)王大偉教授的支持與協(xié)作。該工作得到區域創(chuàng )新發(fā)展聯(lián)合基金重點(diǎn)項目和國家自然科學(xué)基金的資助，彰顯了湖北大學(xué)在聚合物薄膜電容器領(lǐng)域的影響力，標志著(zhù)學(xué)校在高溫介電聚合物儲能材料研究方面又邁出重要一步。
據悉，胡永明教授和張清風(fēng)教授一直從事鐵電基能量探測和介電儲能領(lǐng)域研究，近3年來(lái)，以湖北大學(xué)為通訊單位在Nature Communication（3篇）、Advanced Functional Materials、Acta Materialia等國際知名權威期刊上發(fā)表20多篇高水平文章，并獲得區域創(chuàng )新發(fā)展聯(lián)合基金重點(diǎn)項目、國家自然科學(xué)基金面上項目、湖北省杰青項目等多項國家級和省部級科研項目的支持。
