【儀表網 研發快訊】聚合物電介質憑借其卓越的高壓穩定性、快速充放電動力學及良好的失效保護機制，被視為現代電力電子與能源系統薄膜電容器的核心材料。然而，其在高溫環境下的漏電流激增、效率驟減及電擊穿失效，嚴重制約了在極端環境下的實際部署，這些問題源于載流子在電-熱耦合場下的非線性輸運限制。針對這一挑戰，西安交通大學周迪教授團隊提出了一種多級異質界面工程策略：通過構建晶格互鎖的異質界面實現功能化集成，成功打破了介電材料設計中“陷阱”與“勢壘”不可兼得的傳統權衡。
該研究特別聚焦于解析功函數失配誘導的能帶彎曲、內建電場的形成及其對載流子動力學的精準調控機制，構建了一個集“阻擋注入、引導路徑、深度捕獲”于一體的協同框架。利用第一性原理計算、有限元模擬和先進表征技術，闡明了多級界面在抑制焦耳熱、扭曲電樹枝生長路徑及增強界面極化中的核心作用，為開發兼具高能量密度與卓越熱穩定性的聚合物電介質奠定了理論基礎。該研究通過深度融合微觀界面電子結構與宏觀儲能表現，有效突破了高功率應用中的性能瓶頸，為該材料在電動汽車逆變器及集成電容器系統等領域的規模化應用提供了可能。同時，這一創新成果也為研發下一代高能量密度、耐高溫、長壽命的聚合物薄膜電容器確立了普適性的設計范式。
電介質材料的設計理念、以及微觀結構特征 相關研究成果以《多級異質界面工程打破高能量密度聚合物電介質中“陷阱-勢壘”的權衡限制》(Multilevel Heterointerface Engineering Breaks the Trap-Barrier Trade-Off in High-Energy-Density Polymer Dielectrics)為題發表于《先進材料》(Advanced Materials)期刊。
西安交通大學電信學部電子科學與工程學院博士研究生劉陽為論文第一作者，電子學院周迪教授、劉增輝副教授，電氣學院劉文鳳教授、周垚教授為論文共同通訊作者。該工作得到了同濟大學翟繼衛教授，巴塞羅那大學Joan Ramon Morante Lleonart教授、加泰羅尼亞能源研究所Jordi Jacas教授、Andreu Cabot教授等多位領域專家的指導。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委項目等資助。論文感謝西安交通大學國際電介質研究中心(ICDR)和西安交通大學高性能計算平臺的支持。
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