作為電容儲能器件的核心組成部分，高能量密度電介質(zhì)材料在智能電網(wǎng)、電動汽車和高能設(shè)備等先進(jìn)裝備領(lǐng)域具有重要的實用價值，而電介質(zhì)材料能量密度的進(jìn)一步提高是滿足先進(jìn)電力設(shè)備與電子器件小型化要求的關(guān)鍵要素。聚合物材料具有成本低、易加工、柔性好、耐受電壓高且功率密度高等優(yōu)點,其中,鐵電聚合物由于具有已知聚合物中最高的介電常數(shù)(≥10)，成為最具潛力的電容器薄膜的替代材料。近年來，隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，通過有機(jī)-無機(jī)復(fù)合手段，將具有優(yōu)異性能的無機(jī)納米材料引入鐵電聚合物基體中從而大幅提高電容器薄膜的儲能特性引起了研究人員的廣泛關(guān)注。

近日，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)與工程系QingWang教授課題組與西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室彭宗仁教授課題組合作,系統(tǒng)地評述了鐵電聚合物基納米復(fù)合電介質(zhì)在高能量密度電容儲能領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展并對該領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。文章系統(tǒng)化地介紹了具有零維、一維和二維納米結(jié)構(gòu)填料，表面改性納米填料，定向和分層結(jié)構(gòu)納米填料以及多種納米填料共同摻雜的鐵電聚合物基納米電介質(zhì)的制備方法，對電容儲能薄膜中不同納米結(jié)構(gòu)對材料的介電常數(shù)與損耗、擊穿強度、儲能密度與效率等性能的綜合影響進(jìn)行了總結(jié)、分析與討論。

文章指出，鐵電聚合物儲能領(lǐng)域在過去幾年中取得了令人振奮的進(jìn)展，研究人員通過利用鐵電聚合物的固有優(yōu)點即較高的介電常數(shù)，結(jié)合各種創(chuàng)新方法，包括填料的表面功能化改性、引入寬帶隙納米填料和對鐵電聚合物基體進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)等，有效地抑制了鐵電聚合物復(fù)合電介質(zhì)的介電損耗。此外，文章著重介紹了將多種具有互補功能的納米填料引入到鐵電聚合物中的設(shè)計理念以及設(shè)計具有層狀結(jié)構(gòu)鐵電聚合物復(fù)合納米電介質(zhì)薄膜的最新進(jìn)展。

文章同時指出，在電容薄膜儲能領(lǐng)域，仍有一些關(guān)鍵問題亟待解決。比如鐵電聚合物復(fù)合電介質(zhì)的充-放電效率需要進(jìn)一步提高，才能達(dá)到與目前商用電容器使用的雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜相當(dāng)?shù)乃?鐵電聚合物中電活性組分的界面耦合效應(yīng),以及在施加電場的條件下聚合物微結(jié)構(gòu)與其介電性能之間的關(guān)聯(lián)因素需要更深層次的理解;大規(guī)模、低成本、高質(zhì)量的聚合物基納米復(fù)合薄膜制備的關(guān)鍵技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)展。作為一個高度跨學(xué)科的領(lǐng)域，鐵電聚合物儲能領(lǐng)域進(jìn)展的關(guān)鍵取決于跨越傳統(tǒng)邊界的學(xué)科交叉與合作。

通過合成化學(xué)家、材料科學(xué)家、材料工程師以及電氣工程師的共同努力，鐵電聚合物基納米復(fù)合電介質(zhì)儲能材料的快速發(fā)展計日可期。