AFM: 静电纺丝TiO2@Au纳米纤维显示出卓越的介电储能

a、b)核壳纳米纤维及复合膜的制备示意图a，a1，a2 )未溅射和溅射Au的TiO2纳米纤维的SEM图像，a3 )TiO2@Au纳米纤维的TEM图像。b )TiO2@Au核壳纳米填料的TEM图像和相应的EDX图像。c，d ) XPS全谱和Au特征谱(黑线代表TiO2纳米纤维,红线代表TiO2@Au纳米纤维)。e，f )TiO2@Au/PVDF薄膜的横截面SEM图像和相应的EDX图谱。g )TiO2@Au/PVDF薄膜的FTIR光谱。h )TiO2@Au/PVDF薄膜的光学图像。不同纳米填料质量分数的TiO2@Au/PVDF和TiO2/PVDF复合材料的介电谱a )和损耗正切b )。c )不同纳米填料质量分数的TiO2/PVDF和TiO2@Au/PVDF介电常数的比较。d )TiO2@Au/PVDF的分布示意图和等效微型电容器模型。纯PVDF和TiO2@Au/PVDF复合材料的Weibull分布a )、漏电流密度b )和应变-应力曲线c )；d )纯PVDF和TiO2@Au/PVDF复合材料的杨氏模量、击穿场强和漏电流随填料含量的变化；e，f )TiO2@Au/PVDF复合材料的击穿路径；g，h )TiO2@Au/PVDF和TiO2/PVDF复合材料的TSDC图谱(添加0.1 wt . %纳米填料) . i )TiO2/PVDF和TiO2@Au/PVDF复合材料的捕获电荷量和陷阱能级。a，b )TiO2/PVDF和TiO2@Au/PVDF复合材料在临界电场下的D-E回线；c，d )TiO2/PVDF和TiO2@Au/PVDF复合材料放电能量和充放电效率的电场强度；e )纯BOPP和TiO2@Au/PVDF (负载0.1 wt . %TiO2@Au纳米填料)复合材料放电能量密度随时间的变化；f )TiO2@Au/PVDF复合材料(负载0.1 wt . %TiO2@Au纳米填料)的循环稳定性。

聚合物电介质已被广泛应用于脉冲功率系统，但其应用因能量密度低而受到严重限制。加入核壳纳米填料是提高聚合物电介质能量密度的一种可行策略。目前，核壳纳米填料主要是通过化学包覆策略制备的，这种策略总是涉及复杂的化学合成过程。本文提出了一种独特的物理涂层策略，制备了由单分散的金纳米粒子均匀锚定在TiO2纳米纤维上的核壳纳米纤维TiO2@Au。有趣的是，TiO2@Au纳米纤维显示出卓越的介电储能增强能力。具体来说，只需引入0.1 wt.%的TiO2@Au纳米填料，TiO2@Au/PVDF复合材料的击穿强度就能大幅提高至749 MV m-1，达到PVDF的152.8%。同时，还获得了10.2的高介电常数（PVDF的114.1%）。因此，实现了18.6 J cm-3的超高能量密度，是PVD的250.1%。研究进一步表明，TiO2@Au纳米纤维的库仑阻滞和微电容效应产生了显著的储能增效作用。这项工作为核壳纳米材料的简便制备建立了一个独特的范例，核壳纳米材料在电介质储能和其他功能纳米复合材料方面具有巨大的潜力。

图文简介

论文信息

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202401907

通讯作者：Zhicheng Shi, Hong Wang

小编有话说：本文仅作科研人员学术交流，不作任何商业活动。由于小编才疏学浅，不科学之处欢迎批评。如有其他问题请随时联系小编。欢迎关注，点赞，转发，欢迎互设白名单。投稿、荐稿：polyenergy@163.com