11月23日，质料学院南策文及沈洋课题组于《进步前辈质料》 （Advanced Materials）期刊于线发表题为《高通量相场模仿设计高能量密度的聚合物纳米复合质料》（High-Throughput Phase-Field Design of High-Energy-Density Polymer Nanocomposites）的论文。文章中将相场法用在模仿介电击穿历程，并经由过程高通量计较与筛选，设计新型的叠层复合电介质，为新型复合电介质的设计提供了新思绪，也为进一步打破复合电介质中介电强度及介电常数之间的颠倒耦合瓜葛提供了理论引导，同时也实现告终构-机能-设计的一体化计较。电介质静电电容器是主要的基础电子元件，同时也是广泛用在电子电力体系、能源体系等范畴的储能器件。跟电化学储能器件(如: 电池、超等电容器)比拟，介电电容用具有更高的功效密度、更高的事情电压、超长的轮回利用寿命并具备全固态布局的长处。但其低的体积能量密度限定了其广泛的运用。介电电容器的能量密度重要由其介电强度及介电常数配合决议。聚合物因为其较高的击穿场强，优良的加工机能以和柔性等特色被广泛运用在电介质质料。但其较低的介电常数，限定了能量密度的提高。近几年年夜量试验注解采用高介电氧化物作为纳米填料与聚合物基体复合，使用界面极化可显著晋升介电常数，但高介电填三木SEO-料的引入会引起界面局域电场的不匀称，导致介电强度较着降低。怎样更好地熟悉界面效应所带来的“1+1≠2”的征象，是进一步提高能量密度的基础及要害。南策文及沈洋课题组提出静电击穿相场模子，以PVDF-BaTiO3为例，注释了复合电介质其微不雅布局与宏不雅有用介电机能的瓜葛，并使用高通量计较与筛选，设计出新型三明治叠层复合电介质。该事情起首基在相场理论，以能量为判据，构建静电击穿模子来模仿差别微不雅布局下击穿路径的演化历程，并与试验成果很好地吻合，成果注解击穿路径的演化与界面处电场的堆积紧密亲密相干。随后于微不雅布局数据调集的基础上，使用高通量计较猜测与之对于应的介电机能调集（击穿场强、介电常数及能量密度），基在高通量筛选及参数优化后，设计出将能量密度提高2.44倍的三明治叠层复合电介质。清华年夜学质料学院的沈洋副传授及宾夕法尼亚州立年夜学的王建军博士为该论文的通信作者，清华年夜学质料学院2014级博士生沈忠慧及王建军博士为本文的配合第一作者，该研究获得了国度重点基础研究成长规划（973规划）及国度天然科学基金等的经费撑持。

图1 微不雅布局数据调集-有用介电机能数据调集-叠层复合电介质布局设计流程图

论文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201704380/full

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