近日，实验室胡永明教授、张清风教授团队在高温介电储能材料与器件研究领域取得突破性进展，相关成果在国际重要学术期刊《Nature Communications》发表，湖北大学为第一通讯单位。
聚合物薄膜介电电容器凭借高功率密度（107W kg-1）、快速放电速率（<100 ns）和超长循环寿命（106次）等显著优势，成为先进电子和电力系统的核心组件。然而，其低介电常数、小击穿电场以及高传导损耗等问题，严重限制了在混合动力汽车、井下油气勘探开发、大功率武器系统等极端环境领域的应用。针对这些关键难题，研究团队潜心钻研，成功设计并开发出高熵铁电纳米颗粒/聚醚酰亚胺-氮化铝/聚醚酰亚胺-三蝶烯双层纳米复合材料。该创新材料巧妙融合多种特性：充分发挥高熵铁电填料在高温下高介电常数、小极化滞后的优势；利用氮化铝的高导热性，聚醚酰亚胺-三蝶烯的增强刚性、载流子陷阱效应，以及双层界面抑制载流子迁移的作用，有效提升了材料的击穿强度。
研究结果表明，这种双层纳米复合材料在150°C高温下，介电常数与击穿强度显著提升，传导损耗大幅降低。在高达6341 kV cm-1的电场下，实现了12.35 J cm-3的放电能量密度，刷新当前纪录，同时效率高达90.25%。此次研究成果为开发适用于极端环境的高性能介电薄膜电容器开辟了全新路径，具有重大理论意义和广阔的应用前景。
该论文中，硕士研究生赵璇为第一作者，胡永明教授和张清风教授为共同通讯作者，研究还得到了哈尔滨工业大学王大伟教授的支持与协作。该工作得到区域创新发展联合基金重点项目和国家自然科学基金的资助，彰显了实验室在聚合物薄膜电容器领域的影响力，标志着实验室在高温介电聚合物储能材料研究方面又迈出重要一步。
