电介质电容器由于充放电速度快，功率密度高等优点在微电子、生物医疗、混合动力汽车、大功率换能器、高压输电系统和军事领域得到广泛应用。但是极化强度和击穿场强之间的矛盾导致了电介质材料较低的储能密度并且限制了电子器件集成化、微型化的发展趋势。如何平衡极化和击穿场强之间的矛盾，对于获得优异的储能性能具有重要意义。

  近日，西安交通大学化学学院张志成教授团队提出了一种不依赖高极性基团来提高聚合物电介质储能密度的方法。该工作以PMMA为例，通过在极性聚合物中引入大体积缺电子的乙烯基喹啉(VQQ)单元，其可以同时抑制极化弛豫和电荷传导引起的能量损失。为避免小分子VQQ在聚合物基体中的迁移，将其先与MMA预共聚，合成VQQ含量为11 mol%的P(MMA-VQQ)共聚物，再与PMMA基体按设计的摩尔比共混。随着共混聚合物中大体积缺电子VQQ单元含量的增加，聚合物的α和β弛豫带来的能量损耗逐渐得到抑制。此外缺电子的喹啉环作为电荷陷阱可以有效抑制材料内部泄露电流并提高其击穿场强，最终实现储能性能的综合提升。

图4. (a)和 (b) 介电薄膜在室温和100°C时的击穿分布；(c) 和 (d) 介电薄膜在室温和100°C时泄露电流密度；(e) 和 (f) PMMA和PMMA/P(MMA-VQQ)-3.8 mol%的热刺激去极化电流；(g) PMMA和P(MMA-VQQ)的能带分布图；(h) PMMA/P(MMA-VQQ)复合材料中载流子捕获示意图。

  论文链接：https://doi.org/10.1039/D3MH00262D

团队介绍

张志成教授电功能高分子课题组

课题组简介：

张志成教授团队的研究领域主要有有机氟化学与氟聚合物化学改性、先进储能高分子的设计与可控合成、储能聚合物复合电介质研究、智能材料合成与传感器应用、生物医学功能材料、无机多孔材料水污染治理应用研究等六个方向。团队现有科研人员9人，其中教授4人，副教授3人，助理教授2人，在读研究生40余人。

团队负责人张志成教授十几年来致力于电功能氟聚合物设计合成及先进聚合物电介质研究，包括新型氟聚合物的设计、改性方法、氟聚合物材料的结构性能关系研究、电活性氟聚合物及其在高储能电容器、传感器等领域的应用等。近年来围绕氟聚合物的合成改性，开发了多种基于C-Cl、C-F 键活化的可控改性方法，为新型氟聚合物的设计合成开辟了新途径；在氟聚合物铁电压电特性及电性能调控方面进行了系统研究，并取得了丰硕的成果；在铁电聚合物薄膜传感器及能量收集应用方面开展了相关工作，积累了一定的研究基础。主持国家自然科学基金项目4项（重点1项，面上2项，青年1项），省部级科研项目8项，横向项目20余项。以第一（通讯）作者共发表 高水平论文150余篇，发表 SCI论文被引用3400余次，个人H因子为33。2010年入选教育部新世纪优秀人才计划，2019年获得陕西省职工十大创新创业人物称号，获2021年陕西省技术发明奖二等奖（排名第3）。现任《高分子通报》、《IET Nanodielectric》、《Reactive and Functional Polymers》、《大学化学》等期刊编委。

课题组相关研究：http://gr.xjtu.edu.cn/en/web/zhichengzhang

课题组长期招收高分子、电介质储能、介电弹性体、聚合物铁电压电材料等方向的硕士、博士研究生。