具有高能量密度Ue、低介电损耗、机械柔性的电介质聚合物是下一代电子和功率器件的理想材料。为了提高Ue,常用的策略是通过增强极化来提高介电常数εr或击穿强度Eb,然而,介电损耗作为相互矛盾的参数,同时也会增加。此外,由于长期在强电场或高电位下工作,电介质材料经常产生电损伤,这是影响电气设备可靠性和使用寿命的主要因素之一。由于电损伤原理不同于机械损伤,开发自修复电损伤的电介质材料仍然面临着各种挑战。
图1 合成路线和动态共价键交换机制。
图2 PE-MA和PE-MA-Epo的(a)DMA,(b)介电常数εr,(c)介电损耗tan δ。
图3 材料的介电特性。室温下PE-MA和PE-MA-Epo的(a)D?E回线,(b)Eb和威布尔分布,(c)储能密度Ue和(d)放电效率。
图4 自修复和回收重塑。(a)50 μm划痕修复前后的光学电子显微镜。(b)机械损伤示意图以及(c)原始和重新连接的、(d)原始和再加工的PE-MA-Epo样品的应力应变曲线。
图5 电树形成和自修复。(a)构筑及修复电树枝示意图。PE-MA-Epo样品电树枝自修复的(b)偏光显微镜图像和(c)示意图。电树枝愈合后的(d)介电常数和(e)介电损耗。
图6 PE-MA-Epo 的循环电击穿愈合特性。(a)PE-MA-Epo电击穿愈合前后的电子显微镜、SEM和EDS。(b)循环电击-愈合Eb。
综上所述,作者提出了一种新策略,引入动态共价键通过极性酯键交联PE,赋予材料优异的热稳定性和自修复能力。最重要的是,PE-MA-Epo还可以在很大程度上自修复电损伤。这种用于自修复电损伤的动态交联PE材料增强了介电聚合物的耐用性和可靠性,这为延长电气设备的使用寿命提供了一种有前景的策略。
原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.3c00394
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