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川大黄华东、李忠明Macromolecules：原位纤维与Mother-Daughter晶体结构共同抑制聚丙烯电介质薄膜电荷传输

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2024-11-06 12:49

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薄膜电容器以其耐压高、等效串联电阻低、温度特性好、寿命长等优势，在新能源汽车、光伏 / 风力发电、电力输送等能源领域备受青睐。如何调控高分子电介质薄膜的相形态和晶体结构来抑制介电损耗，制备一种高储能、低损耗的高分子电介质薄膜材料已成为薄膜电容器领域的研究热点和难点。

四川大 学塑料高性能化加工与装备课题组黄华 东副教授和李忠明教授 长期致力于高分子“定构”加工技术，提出了连续且易规模化生产的“熔融挤出 - 热拉伸 - 退火拉伸”电介质薄膜制备方法（图 1 ）。在拉伸外场作用下，聚丙烯（ PP ）基体中的聚对苯二甲酸乙二醇酯（ PET ）球状分散相原位转变为 PET 取向纤维。后续退火拉伸进一步优化了 PP 的晶体结构，实现介晶相 - α 相转变，并形成高度取向的 Mother-Daughter 晶体结构（图 2 ）。与外加电场方向垂直的大量平行排列纤维界面和取向 Mother-Daughter 晶体显著抑制了电荷的传输， PP/PET 薄膜的击穿场强高达 672.7 MV/m ，在 650MV/m 时的放电能量密度达到了 4.11 J/cm ³ （ η =92.8% ）（图 3 ）。

图 1 “熔融挤出—热拉伸—退火拉伸”电介质薄膜制备技术示意图

图 2 PP/PET 薄膜的晶体结构和晶区 / 非晶区取向

图 3 PP/PET 薄膜的介电性能及性能增强机理示意图

该工作以“ In Situ Well-Aligned Microfibrils and Mother−Daughter Crystals as Promising Blocks to Suppress Carrier Transport in Polypropylene Dielectric Films” 为题发表在 Macromolecules 上（ Macromolecules XXXX, XXX, XXX−XXX ）。该论文第一作者为四川大学博士生 李德龙 ，通讯作者为四川大学 黄华东 副教授和 李忠明 教授。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

此工作也是该团队在原位纤维化电介质薄膜方向（ Energy Storage Materials 2024, 72, 103717; Macromolecules 2023, 56, 1481−1491 ; ACS Appl ied Mater ials & Interfaces 2023, 15, 23701−23710 ）的延续性工作。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c01640

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