《ACS Materials Letter》柔性透明高介電性能高分子材料

近日，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)賀曦敏教授團(tuán)隊(duì)與四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院蔡緒福教授團(tuán)隊(duì)協(xié)作，在《ACS Materials Letter》在線發(fā)表了題為“Flexible and TransparentHigh-dielectric-constant Polymers films Based on MolecularFerroelectric-modified Polyvinyl Alcohol”的研究。該研究利用具有自發(fā)極化能力的小分子鐵電材料與聚乙烯醇材料原位結(jié)晶成膜的方式得到具有高介電常數(shù)的透明柔性聚合物薄膜。

為滿足高儲(chǔ)能密度的柔性電存儲(chǔ)器件的發(fā)展需求，具備優(yōu)良力學(xué)性能和加工性能的聚合物材料多被選為復(fù)合材料的基材。但是聚合物材料的介電常數(shù)一般比較小，為了提高聚合物的介電常數(shù)現(xiàn)在已發(fā)表的許多工作都是通過(guò)添加具有高介電常數(shù)的鐵電陶瓷，或者具有電導(dǎo)性的半導(dǎo)體、金屬材料、和碳納米材料。其中鐵電陶瓷因其在電場(chǎng)中有自發(fā)電子極化而具備較高的介電常數(shù)，例如鈦酸鋇(BTO)和鋯鈦酸鉛(PZT)。但是這些鐵電陶瓷也有自身的不足，例如密度大、重污染、生產(chǎn)耗能高、不易生產(chǎn)、剛性太大等不足。與此同時(shí)，用鐵電陶瓷提高材料的介電性一般需要比較高的添加量，而這也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中、缺陷增多，從而降低了聚合物復(fù)合材料的透明性和柔性。我們希望通過(guò)原位添加可以溶解于水和有機(jī)溶劑中、具有高居里溫度點(diǎn)、自發(fā)極化偶極子的分子鐵電晶體材料，在提高聚合物基材的介電常數(shù)和儲(chǔ)能密度的同時(shí)也保持材料的透明性和柔性。另外為了滿足分子鐵電晶體的分散需求和環(huán)保性能，本文選用了具有水溶解性和優(yōu)良的成膜性的聚乙烯醇作為聚合物基體材料。兩者通過(guò)溶液成膜的方式得到低添加量小分子鐵電晶體均勻分散的復(fù)合體系，該體系的材料具有高介電常數(shù)的同時(shí)還維持優(yōu)良的力學(xué)和光學(xué)性能。低添加量（4.1-9wt.%）TEDA.C的聚乙烯醇復(fù)合體系的介電常數(shù)和儲(chǔ)能密度達(dá)到純體系的10-100倍，剩余極化強(qiáng)度增加了3200倍，透明度維持在85%以上，儲(chǔ)存模量增加了116%，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)到274%。本文為小分子鐵電鹽與聚合物材料結(jié)合提供了研究思路，有潛力應(yīng)用于下一代多功能柔性儲(chǔ)能器件。

該研究成果在線發(fā)表于《ACS Materials Letter 》（DOI: 10.1021/acsmaterialslett.0c00086）。論文第一作者為四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院博士生楊云云和加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生趙昱森，通訊作者為四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院蔡緒福教授和加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程系賀曦敏教授。

團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介：UCLA賀曦敏團(tuán)隊(duì)致力于研發(fā)仿生多功能凝膠及柔性高分子材料，推動(dòng)其在環(huán)境、能源、機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用。