在人类社会发展进程中，能源的开发与利用扮演着至关重要的角色。在化石燃料日渐枯竭与环境问题日益突出的今天，开发环境友好的能量转换与储能技术成为了世界范围内关注的焦点。在众多储能器件中，聚合物基薄膜电容器具有最高的功率密度和最快的充放电响应时间，目前已被广泛应用于可再生能源转化储存、混合动力汽车等领域。然而，传统聚合物材料较低的储能密度限制了目前电子工业发展中对电子器件小型化和集成化的要求。
近日，贾春林科学家工作室汪宏教授课题组针对上述问题设计并制备了一种具有高储能密度及高放电效率的三明治结构BaTiO3/PVDF纳米复合材料薄膜。研究表明，通过调节陶瓷填料体积分数，三明治复合材料薄膜的储能特性可被大幅优化，其耐击穿场强与储能密度分别提高为纯聚合物材料的1.5倍和2倍。更为重要的是，该三明治BaTiO3/PVDF薄膜的放电效率在400MV/m的高电场下仍可高达70%，这一性能优于所有之前报道的三明治结构陶瓷/聚合物复合材料。另外，结合有限元仿真结果，发现三明治层状结构设计可实现电场在各层中的不均匀分布，高介电层中的弱电场区对击穿电树的阻碍及电导损耗的抑制都发挥了重要作用，这被认为是三明治薄膜高击穿场强与高放电效率的来源。该研究工作为通过优化层状结构设计开发高储能密度介电材料提供了新思路。
该成果以论文形式发表于Journal of Materials Chemistry A（IF=8.262），论文题目为“Compositional Tailoring Effect on Electric Field Distribution for Significantly Enhanced Breakdown Strength and Restrained Conductive Loss in Sandwich-Structured Ceramic/Polymer Nanocomposites”。西安交通大学为该论文的第一作者及通讯作者单位。
论文链接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ta/c6ta10709e
