聚合物薄膜電容器在脈沖電源系統及高溫電子系統中發揮著關鍵作用，但現有商用雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜只能在105oC以下工作。盡管聚酰亞胺（PI）、聚醚酰亞胺（PEI）和聚醚醚酮（PEEK）等聚合物具有高玻璃化轉變溫度，但在高溫和高電場作用下其電導損耗會急劇上升，導致儲能密度較低。因此抑制電荷遷移來降低傳導損耗成為高溫聚合物介電薄膜研究的核心目標。
近日，大連理工大學翁志煥教授團隊首先通過分子結構設計在雜萘聯苯聚芳醚砜中引入金剛烷結構，然后采用紫外輻照誘導介電薄膜表面的雜萘聯苯和金剛烷發生交聯，從而抑制電極電荷注入和分子內的電荷轉移，顯著提升介電薄膜的電容性能。該紫外誘導介電薄膜展現出超高放電能量密度，在室溫和150 oC下分別達到10.20 J cm-3和7.91 J cm-3。同時，紫外誘導介電薄膜具有優異的自愈合性能，展現出卓越的循環穩定性。此外，還通過卷對卷生產制備的大尺寸薄膜，結合其低成本優勢，為商業應用提供了實際可行性。
2026年1月7日，該工作以“UV Induced Surface Crosslinked Polyarylether Sulfone Films for High-Temperature Capacitor Energy Storage Produced via Roll-to-Roll Process”為題發表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater., 2026, 0: e27229），文章第一作者是大連理工大學博士生顧程文，研究獲得國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目資助。
圖1 分子結構設計及電荷轉移機制研究
首先通過分子結構設計在雜萘聯苯聚芳醚砜中引入金剛烷，金剛烷的扭曲非共面結構可以避免π-π堆積，降低離域損耗。通過DFT計算表明引入金剛烷可以提高能帶帶隙、減小靜電勢差值以及降低電子傳輸距離，從而抑制分子內的電荷轉移，降低電導損耗。
圖2 紫外輻照介電薄膜的儲能性能
然后對介電薄膜進行紫外輻照處理，誘導介電薄膜表面雜萘聯苯和金剛烷交聯，構建電荷陷阱，抑制電極電荷注入，降低電導損耗，從而提升介電薄膜的儲能密度。其中UV-p-20 min薄膜在150 oC和η>90%時的Ue為4.90 J cm-3，比相同條件下原始雜萘聯苯聚芳醚砜（PPES）的Ue值（Ue=1.47 J cm-3）高出233.3%。
圖3 工業級電容薄膜的電容性能及自愈性能
紫外輻照在介電薄膜中引入大量氧原子，改善介電薄膜的自愈性能。通過卷對卷生產工藝制備工業級電容薄膜，展現出一致的電容特性。此外，本研究的低原材料成本，為電容薄膜商業化應用奠定了基礎。
該研究首次闡述紫外誘導表面交聯策略，該策略能夠抑制電荷遷移，降低電導損耗，并改善薄膜的自愈性能。與以往通過鏈斷裂產生極性含氧基團和紫外光固化來增強薄膜電容性能的研究不同，本研究避免了聚合物鏈斷裂導致電荷遷移率增加和薄膜脆化的問題，實現以卷對卷方式生產工業級電容薄膜，為電容式儲能及商業應用開辟了廣闊前景。
原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202527229
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