张清风、胡永明团队在高温聚合物复合基介电储能领域取得新进展

近日，我校介电储能与智能感知跨学科创新团队在无机/有机聚合物复合材料高温介电储能研究领域取得重要研究进展。相关成果以“Inhomogeneous Polarization Configuration of High-Entropy Fillers Boosting High-Temperature Capacitive Performances of Polymer Nanocomposites”为题，发表于国内材料科学领域重要学术期刊《Advanced Powder Materials》。湖北大学为第一通讯单位，我校硕士研究生黄宇炎和哈尔滨工业大学博士研究生范镇豪共同担任论文第一作者，我校张清风教授、胡永明教授和哈尔滨工业大学王大伟教授为论文共同通讯作者。

无机/有机聚合物介电电容器凭借优异高温储能特性，成为先进电子与电力系统的核心组件。然而，现有高温聚合物填料（如Al₂O₃，HfO₂，SiO₂等）介电常数通常仅略高于聚合物基体，需依赖高填料填充量才能获得较高的放电能量密度。这往往导致填料团聚、界面缺陷增加，并损害薄膜的加工性能。因此，亟需开发兼具高储能密度和高效率、且适用于规模化生产的填料体系。针对这一长期制约无机/有机聚合物基介电储能材料规模化应用的核心难题，研究团队创新性地设计并开发出具有核壳结构的(Bi_0.2Na_0.2Ba_0.2Sr_0.2Ca_0.2)TiO₃@Al₂O₃（BNBSCT@A）高熵铁电纳米填料。该设计通过多元素等摩尔比占据A位，构建了多相极性纳米微区（R-T-C三相共存）和随机氧八面体倾转，有效增强了介电常数，细化了电滞回线，降低了剩余电位移，并延迟了极化饱和。同时，Al₂O₃壳层凭借适中的介电常数和高热导率，实现了外加电场的均匀分布和焦耳热的快速耗散，从而抑制了传导损耗并提升了击穿强度。

图1 高熵填料提升无机/有机聚合物复合材料高温介电储能性能策略

研究结果表明，所制备的BNBSCT@A/PEI纳米复合材料在极低填料含量（0.3 wt%）下，于150 °C高温，同时实现了8.7 J cm^-3的放电能量密度和高达90.4%的放电效率，综合储能性能显著优于现有报道的介电复合材料。为进一步提升极端条件下的储能性能，研究团队采用具有物理交联网络的聚醚酰亚胺-三蝶烯（PEI-TE）聚合物作为基体，成功将工作温度拓展至200 °C，在该温度下仍实现了5.9 J cm^-3的放电能量密度和90.6%的效率，并展现出优异的循环稳定性（超过10⁶次）。该研究为开发高性能无机/有机聚合物复合材料用介电填料开辟了新路径，同时也为高温储能器件的研制提供了理论依据与材料支撑。研究工作依托微纳电子材料与器件湖北省重点实验室开展，并获得国家自然科学基金委区域创新发展联合基金重点项目及国家自然科学基金面上项目的资助。

图2 高熵无机填料/有机聚合物复合材料高温介电储能性能

由张清风教授、胡永明教授领衔的介电储能与智能感知跨学科创新团队，始终面向国家重大战略需求，聚焦高端电子装备和智能感知系统等关键领域，长期致力于介电储能材料、器件设计及智能传感技术的前沿探索。

团队坚持“需求牵引、问题导向、学科交叉、协同攻关”的科研理念，打破传统学科壁垒，有机融合材料科学、物理学、化学与智能制造等多学科优势，构建全链条创新研究体系。三年来，团队以湖北大学为第一通讯单位，在《Nature Communications》《Advanced Powder Materials》《Advanced Functional Materials》等国际权威期刊累计发表高水平学术论文30余篇，科研成果数量与质量持续攀升。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772834X26000552