DOI: 10.1016/j.compositesa.2021.106375

聚合物基复合材料可用作薄膜电容器，但能量密度与效率之间的矛盾限制了其进一步的应用。在此，研究者提出了一种新型一维核壳管状结构的纳米填料，通过改进的静电纺丝法和湿化学法制备了SiO2表面修饰Ba0.6Sr0.4TiO3纳米管（BST@SiO2 NTs）。值得注意的是，通过掺入适量的BST@SiO2 NTs，既可以提高介电性能，又可以增强击穿强度。因此，2vol％BST@SiO2 NT/PVDF复合材料可达到约18.08J/cm3的超高Ud（放电能量密度），远大于纯PVDF的对应值（11.25J/cm3）。更重要的是，与纯PVDF（59.87％）相比，该复合材料还可以保持70.06％的出色效率。这项工作为无机纳米填料的结构设计提供了一条新颖、独特的途径，是制备高性能介电复合材料和实现相关潜在应用的理想策略。

图1.（a）BST NT的TEM图像，（b）BST@SiO2 NT的TEM和EDS映射图像，（c）BST NTs和BST@SiO2 NTs的XRD图，（d）BST NTs和BST@SiO2 NTs的FT-IR光谱。

图2.（a）2vol％BST@SiO2 NT/PVDF复合材料的截面和（b）表面SEM图像，（c）PVDF和BST@SiO2 NT/PVDF复合材料的FT-IR光谱和（d）XRD图。

图3.PVDF和具有不同体积比BST@SiO2 NT的BST@SiO2 NT/PVDF复合材料的（a）介电常数，（b）介电损耗和（c）电导率的频率依赖性，（d）BST@SiO2 NT/PVDF和BST NT/PVDF复合材料在1kHz时的介电常数（上）和介电损耗（下）。

图4.（a）BST@SiO2 NT/PVDF和（b）BST NT/PVDF复合材料的威布尔分布，（c）BST@SiO2 NT/PVDF和BST NT/PVDF复合材料的特征击穿强度（上）和形状参数（下）。

图5.原始PVDF和BST@SiO2 NT/PVDF复合材料的储能性能。（a）最高外部电场下的单极性D-E环，（b）Dm（上）和Dm-Dr（下），（c）放电能量密度，以及（d）外部电场对能量存储效率的依赖性。

图6.储能性能比较。（a）纯PVDF薄膜，体积分数为2％（E=300MV/m）的BST NT/PVDF和BST@SiO2 NT/PVDF复合薄膜的D-E环。（b）PVDF和复合材料的放电能量密度（下）和效率（上）。

图7.先前报道的填充有核壳无机纳米填料的PVDF基复合材料的储能性能（Ud和η）的比较。