高功率密度電容器被廣泛應用于便攜式電子設備、混合動力汽車和先進推進系統等領域，無機/有機復合電容器同時具有高擊穿電壓和高電位移備受人們關注。其中，無機材料的選擇對電容器性能影響尤為明顯，高縱橫比二維無機材料能減少填料團聚和阻礙導電通路形成，因而成為當下研究熱點之一。然而，微米級二維材料仍有很大幾率形成導電通路且晶體取向是隨機的。因此，如何制備大尺寸高性能無機二維材料，并實現與有機材料完美的結合，這是進一步提高電容器功率密度的有效辦法。

 

針對這一科學問題，西安交通大學電信學部電子科學與工程學院劉明教授團隊在前期發現(100)鈦酸鋇薄膜超柔性的基礎上深入研究不同取向自支撐二維鈦酸鋇薄膜的鐵電特性，并成功制備出2-2型毫米級(111)取向鈦酸鋇/聚偏氟乙烯(BTO/PVDF)介電儲能材料，實現了20.7 J/cm3的儲能密度，達到純PVDF材料的2.2倍，相場模擬顯示該性能的提高與BTO薄膜密切相關。這一設計制備技術具有很強普適性，為進一步提高復合材料介電儲能性能開辟了新途徑。

 

 

圖A為大尺寸高性能二維BTO制備示意圖；圖B為2-2型BTO/PVDF復合材料截面SEM及能譜圖；圖C為復合材料儲能密度和儲能效率圖；圖D為復合材料相場模擬擊穿圖。

 

該研究結果以“2-2型PVDF基復合材料中填充(111)取向外延BTO薄膜實現高儲能密度”(2-2 Type PVDF-based Composites Interlayered by Epitaxial (111)-Oriented BTO Films for High Energy Storage Density) 為題，在國際著名期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials) 上在線發表。該工作以西安交通大學為唯一作者單位，電信學部博士生王添為第一作者，劉明教授為通訊作者，論文作者還包括物理學院楊森教授等。這一工作是劉明教授課題組在《科學》(Science)、《科學進展》(Science Advances)、《先進材料》(Advanced Materials) 等期刊報道超柔性自支撐功能氧化物薄膜之后，圍繞自支撐鐵電氧化物薄膜的應用，在介電儲能方面應用的重要拓展，對未來柔性儲能提供了新思路。該工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助。