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  在國家杰出青年基金，國家自然科學基金委基礎科學中心項目，973計劃、和國家重點研發計劃等項目的資助下，清華大學材料學院功能復合材料沈洋教授課題組與美國賓夕法尼亞州立大學合作，在柔性聚合物基納米復合電介質材料方面再次取得重要進展。

  介電電容器由于其超高的功率密度、高工作電壓及柔性全固態等優勢，被廣泛應用于電子電力系統中。目前以雙向拉伸聚丙烯BOPP為代表的商用聚合物薄膜電介質介電常數過低，極大限制了其儲能密度（~1.2 MJ/m3）。該課題組前期提出將高介電常數的陶瓷填料與高介電強度的聚合物柔性基體相復合，制備納米復合電介質材料的思路已經得到了大量實驗驗證，實現了儲能密度的大幅提高（20 ~ 30 MJ/m3）。在前期工作的基礎上，課題組成員進一步發展了一種非平衡快速制備工藝用于聚合物復合電介質薄膜的連續規模化生產，并實現了納米結構的三維人工調控（Adv. Mater. 2018, 1707269, 第一作者為2017屆畢業生張鑫博士）。

  該柔性薄膜呈現出良好的力學性能和介電性能，能夠承受高達10 kV的電壓，且具有優異的循環穩定性。課題組成員進而利用相場方法對不同微觀結構的介電性能進行了系統地模擬研究，解析了電擊穿的動態演化過程，并發展了通用方法用于柔性納米復合電介質的高通量模擬和結構設計（Adv. Mater. 2018, 1704380, 第一作者為2014級直博生沈忠慧。

  針對實際應用中薄膜電容器在高溫高壓條件下的熱穩定性問題，課題組成員構建了電-熱耦合的相場擊穿模型，研究了不同微觀結構的薄膜電容器的高溫介電性能，發現降低電導率較之提高熱導對消解焦耳熱效應更有效（Adv. Energy Mater. 2018, 1800509 第一作者為2014級直博生沈忠慧）。三篇文章的通訊作者均為沈洋教授。

  功能復合材料課題組近期的實驗工作實現了柔性納米復合電介質材料的三維結構調控，為聚合物復合薄膜的連續生產奠定了技術基礎，并通過相場模擬深入解析了極端條件下聚合物復合材料電、熱、力多場耦合機制。上述工作理論與工程相結合，為進一步拓展介電電容器在高功率、高儲能、高溫高壓等條件下的應用提供了一種新思路。

  論文鏈接：

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201707269

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201704380

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201800509