DOI: 10.1021/acsami.2c18113

聚合物基介电纳米复合材料由于具有高密度和稳定性的优点而受到广泛关注。然而，由于电介质的击穿强度（Eb）有限，不理想的能量密度成为限制其应用的瓶颈。本研究提出了新设计的夹层结构纳米复合材料，其中将低负载的0.4BiFeO3-0.6SrTiO3（BFSTO）纳米纤维引入聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）（P（VDF-HFP））基质中作为极化层（B层）以提供高介电常数，并选择聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）/P（VDF-HF）全有机共混膜作为绝缘层（P层）以提高纳米复合材料的Eb。优化的夹层结构PBP纳米复合材料的Eb显著增强（668.6MV/m），产生了17.2J/cm3的放电能量密度。介电和开尔文探针力显微镜结果证实，外部P层具有低表面电荷密度，这可以显著阻止电荷从电极/电介质界面注入，从而抑制纳米复合材料内部的泄漏电流。此外，有限元模拟和电容串联模型均表明，PBP夹层结构纳米复合材料中电场的均匀分布有利于提高储能性能。这项工作不仅对深入理解夹层结构纳米复合材料的介电击穿机制具有深刻指导性，而且为开发具有高Eb和放电能量密度的聚合物基纳米复合材料提供了新的范例。

图1.（a）初纺纳米纤维和（b）热处理的BFSTO纳米纤维的SEM图像；（c）BFSTO纳米纤维的XRD图谱、（d）TEM图像、（e）HRTEM图像以及（f）PFM振幅和相位结果。

图2.（a）原始P（VDF-HFP）和具有不同BFSTO纳米纤维含量的纳米复合材料的XRD图谱，（b）FT-IR光谱，（c）εr和tanδ的频率依赖性，（d）威布尔分布，（e）D-E回线以及（f）Ud和η。

图3.（a）具有夹层结构的纳米复合材料示意图；（b）PBP和（c）BPB纳米复合材料横截面的SEM图像。

图4.（a）原始P（VDF-HFP）、B层、P层、PBP和BPB纳米复合材料的εr和tanδ的频率依赖性，（b）威布尔分布，（c）杨氏模量和最大拉伸强度，以及（d）泄漏电流密度。

图5.（a）PBP和（b）BPB纳米复合材料中电荷注入的横截面示意图；（c）P层和（d）B层的表面接触电位差。

图6.（a）根据电容串联模型计算的（I）PBP和（II）BPB纳米复合材料中的电场分布；（b）PBP和（c）BPB纳米复合材料中的电位模拟；（d）PBP和（e）BPB纳米复合材料中的相应电场分布模拟。

图7.（a）原始P（VDF-HFP）、B层、P层、PBP和BPB纳米复合材料的D-E回线，（b）Ud和η，（c）传导损耗，以及（d）铁电损耗。

图8.（a）PBP纳米复合材料的D-E回线和（b）不同循环次数下的Ud和η；（c）不同电场下PBP纳米复合材料的Wd随时间发生变化；（d）原始P（VDF-HFP）和（e）BPB纳米复合材料的雷达图；以及（f）先前报告的Eb和相应Ud的比较。