引言：

介電電容器因具備超高功率密度、倫敦倫敦超快速充放電速率以及良好的瑪麗瑪麗穩定性，在電子器件和電能系統中扮演著不可或缺的王后王后角色。相比陶瓷基介電電容器，大學大學聚合物基薄膜電容器具備柔性、倫敦倫敦易加工和較高的瑪麗瑪麗工作電壓等優點。商用的王后王后雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是線性介電電容器，其儲能密度僅有1-2?J/cm³，大學大學遠低于超級電容器、倫敦倫敦電池等其他電儲能器件。瑪麗瑪麗為提高儲能密度，王后王后以聚偏氟乙烯（PVDF）為代表的大學大學極性鐵電聚合物成為科學家的研究熱點，為得到有利于高儲能密度的倫敦倫敦弛豫型或反鐵電型電滯回線，科學家們先后合成了偏二氟乙烯-三氟乙烯二元共聚物(PVDF-TrFE)，瑪麗瑪麗偏二氟乙烯-三氟乙烯- 三氟氯乙烯(PVDF-TrFE-CTFE)以及偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯(PVDF-TrFE-CFE)三元共聚物，王后王后還采用了高能電子或伽馬射線輻射等手段從化學上改性PVDF結構。但是上述方法對設備要求高，步驟繁瑣，成本高昂，從而進一步限制了薄膜電容器的應用與發展。

成果簡介：

近日，來自于倫敦瑪麗王后大學Emiliano?Bilotti教授團隊，受法式牛角包的啟發，發明了一種全新的聚合物加工方法，Pressing & Folding疊壓法。正像面包師制作牛角包對折面團一樣，先對折PVDF薄膜(folding 步驟)，再在熔點附近對PVDF膜進行熱壓(pressing 步驟)，隨后保持壓力水冷至室溫，如此重復七次左右，即可得到儲能密度高達35?J/cm³的介電電容器，這是迄今為止所報道的最高儲能的薄膜介電電容器。該方法時間成本低，且不需要復雜的設備和危險的化學試劑，有望實現商業化。相關成果以‘Ultrahigh β-phase content poly(vinylidene fluoride) with relaxor-like ferroelectricity for high energy density capacitors?‘為題發表在Nature Communications上，論文第一作者是倫敦瑪麗王后大學的孟楠博士和任心童博士。

圖文導讀：

圖1?疊壓法制備的PVDF與固態拉伸法制備的PVDF對比

（a）疊壓法P&F的流程示意圖；

（b）疊壓法制備的PVDF樣品的截面SEM圖；

（c）疊壓過程中PVDF由非極性相到鐵電極性相的相變流程；

（d）疊壓法制備的PVDF和固態拉伸法制備的PVDF的電滯回線和儲能密度對比。

圖2?PVDF在疊壓過程中的形貌改變

（a）樣品的面積、厚度和體積隨疊壓周期數的改變；

（b）壓強隨疊壓周期數的改變；

（c）初始樣品和7次疊壓后的樣品的AFM形貌圖；

（d）鐵電極性晶型隨疊壓周期的理論關系曲線。

圖3?疊壓過程中非極性相向極性相的相變因素探討

（a）單層膜及多層膜在不同壓強下熱壓后的極性相含量；

（b）不同層數的膜在相同壓強下熱壓后的極性相含量；

（c）樣品在熱壓過程中的應變有限元分析；

（d）疊壓溫度及分子量對極性晶型轉變的影響；

（e）晶型轉變相圖及PVDF 各晶型晶體結構示意圖。

圖4?疊壓法制備的PVDF鐵電性能

（a）疊壓法制備的不同分子量的PVDF樣品的鐵電電滯回線；

（b）疊壓法制備的不同分子量的PVDF樣品的剩余極化和最大極化的對比。

小結：

本文報道了一種新型、易操作、有望產業化的聚合物加工方法，疊壓法P&F。運用該方法制備出的鐵電聚合物PVDF具備良好的鐵電性能。僅需7個疊壓周期，PVDF實現了非極性相向極性相的完全晶型轉變。此外，疊壓法制備的PVDF晶粒尺寸較小，因此使其具備了類似于弛豫型鐵電體的電滯回線，從而促進了超高儲能密度的獲得，35?J/cm³。這項研究極大促進了介電電容器的發展，有望對電力脈沖系統產生深遠影響。

文獻鏈接：Ultrahigh β-phase content poly(vinylidene fluoride) with relaxor-like ferroelectricity for high energy density capacitors,?Nature Communications, 2019, 10, Article number: 4535 https://www.nature.com/articles/s41467-019-12391-3

本文由第一作者孟楠博士供稿。

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