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  金屬化薄膜電容器廣泛應用于現代電氣和電子設備的能量存儲。雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜因其卓越的擊穿強度（~700 MV/m）、超低介電損耗（10??至10?3）、優異的加工性、自愈能力以及低成本，而被商業電容器廣泛應用。然而，隨著電動汽車和電磁能設備等領域的集成化和微型化迅速發展，儲能電介質材料不僅需具備更高的儲能密度，還必須具備優異的耐溫性能。因此，迫切需要開發兼具高儲能密度和卓越耐溫性能的聚合物電介質材料。

  為了提高聚合物電介質的高溫儲能性能，并解耦高儲能密度和低能量損耗之間的矛盾關系，近日,西安交通大學化學學院張志成教授團隊提出了一種通過在熔融擠出造粒過程中物理引入極性缺電子的8-羥基喹啉（8-HQ）來改性聚丙烯（PP）介電儲能性能的新策略。缺電子的8-HQ分子最初設計用于捕獲在高電場下注入的電荷，抑制漏電流密度。令人意外的是，研究發現它們可以在PP晶粒的邊界處積聚，誘導PP晶粒的生長，從而增強了PP薄膜的機械強度。這兩種效應共同促進了PP/8-HQ的高擊穿場強。8-HQ中極性基團的引入可以提高PP/8-HQ的介電常數。擊穿場強和介電常數的協同提高，最終實現儲能性能的綜合提升。

圖6 PP 和 PP/8-HQ 薄膜的儲能和循環穩定性。 (a) 25℃和(b) 125℃時PP和PP/8-HQ-3(A)薄膜的儲能密度和放電效率；(c)本研究與其他已報道的PP基介電材料在25℃、125℃和 90% η 時的U_e比較； (d)PP和PP/8-HQ-3(A)薄膜在25℃和200 MV/m下的充放電循環性能；PP和PP/8-HQ-X(A)薄膜的(e)接觸角和粗糙度；(f)180°金屬電極剝離；(g)自愈圖。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202418631

作者介紹：

  張志成：西安交通大學化學學院教授，博士生導師。主要研究領域包括新型氟聚合物的設計與可控合成，新型電介質的分子設計與偶極調控，電活性高分子及其在高儲能電容器、壓電傳感器等領域的應用等。

  張美榮：西安交通大學化學學院助理教授。主要研究方向為高儲能低損耗聚合物電介質的設計合成、及其介電儲能性能研究。

團隊介紹：

張志成教授電功能高分子課題組

課題組簡介：

  張志成教授團隊的研究領域主要有有機氟化學與氟聚合物化學改性、先進儲能高分子的設計與可控合成、儲能聚合物復合電介質研究、智能材料合成與傳感器應用、生物醫學功能材料、無機多孔材料水污染治理應用研究等六個方向。團隊現有科研人員9人，其中教授4人，副教授3人，助理教授2人，在讀研究生40余人。

  團隊負責人張志成教授十幾年來致力于電功能氟聚合物設計合成及先進聚合物電介質研究，包括新型氟聚合物的設計、改性方法、氟聚合物材料的結構性能關系研究、電活性氟聚合物及其在高儲能電容器、傳感器等領域的應用等。近年來圍繞氟聚合物的合成改性，開發了多種基于C-Cl、C-F 鍵活化的可控改性方法，為新型氟聚合物的設計合成開辟了新途徑；在氟聚合物鐵電壓電特性及電性能調控方面進行了系統研究，并取得了豐碩的成果；在鐵電聚合物薄膜傳感器及能量收集應用方面開展了相關工作，積累了一定的研究基礎。主持國家自然科學基金項目4項（重點1項，面上2項，青年1項），省部級科研項目8項，橫向項目20余項。以第一（通訊）作者共發表 高水平論文150余篇，發表 SCI論文被引用3400余次，個人H因子為33。2010年入選教育部新世紀優秀人才計劃，2019年獲得陜西省職工十大創新創業人物稱號，獲2021年陜西省技術發明獎二等獎（排名第3）。現任《高分子通報》、《IET Nanodielectric》、《Reactive and Functional Polymers》、《大學化學》等期刊編委。

  課題組相關研究：http://gr.xjtu.edu.cn/en/web/zhichengzhang

  課題組長期招收電介質儲能、介電彈性體、聚合物鐵電壓電材料等方向的碩士、博士研究生。