Konstruktion asymmetrischer Gradientstrukturen zur Verbesserung der Energiespeicherleistung von PEI-basierten Verbunddielectricen

Die Verbesserung des hohen elektrischen Feldwiderstands und der Energiespeicherkapazität von Polymerk dielektrika ist eine langanhaltende Herausforderung für die Iterationen von elektrischem Equipment. Synergistische Hemmung der Trägerspritze und -transport ist entscheidend für die Verbesserung der Energiespeicherleistung. Hierbei wurde das vielversprechende Polymer Polyetherimid (PEI) als Matrix eingesetzt und breitere Bandlücke-Bornitrid-Nanosheets (BNNSs) wurden als verstärkender Füllstoff verwendet. Durch die Verwendung von hochdurchsatzstochastischen Durchbruchsimulations mit den Verteilungseigenschaften von BNNSs als Parameter wurden eine Reihe von topologischen Gradientstrukturen mit Potenzial zur Leistungsverbesserung erhalten, wodurch der experimentelle Zyklus verkürzt wurde. Die Veränderung der BNNS-Verteilung von symmetrisch/asymmetrisch und positiv/inversen Gradienten sowie der Gesamt- und Gradientgehalte von BNNSs bedeutet, dass die Position und der Zustand der Oberflächenbarrierschicht und der zentralen Hemmschicht sich ändern, was die Energiespeicherleistung des Polymers bei Raumtemperatur und hohen Temperaturen beeinflusst. Bemerkenswerterweise zeigten die asymmetrischen Gradientstruktur-Verbunddielectricen ausgezeichnete Leistungen. Darunter erreichte das PEI-basierte Verbunddielectric mit einer asymmetrischen inversen Gradientverteilung von 2 Vol.-% BNNS (Gradientinhalt von 1 Vol.-%) Energiedichten von 8,26 und 4,78 J cm-3 bei Raumtemperatur und 150 °C. Die Designstrategie für asymmetrische Gradientstrukturen birgt großes Potenzial zur Optimierung der Energiespeicherkapazität von Polymerkondensatoren.