Nanofibras de TiO2@Au con núcleo y cubierta derivadas de una estrategia única de recubrimiento físico para nanocompuestos de almacenamiento de energía capacitiva excelente

Resumen Los dieléctricos poliméricos se han utilizado ampliamente en sistemas de energía pulsada, pero sus aplicaciones están severamente restringidas por la baja densidad de energía. La incorporación de nanocompuestos de núcleo y cubierta es una estrategia prometedora para mejorar la densidad de energía de los dieléctricos poliméricos. Hoy en día, los nanocompuestos de núcleo y cubierta se preparan principalmente a través de estrategias de recubrimiento químico, que siempre implican procedimientos de síntesis química complejos. En este trabajo, se desarrolla una estrategia única de recubrimiento físico para preparar nanofibras de TiO2@Au que consisten en nanopartículas de Au monodispersas ancladas homogéneamente en las nanofibras de TiO2. Curiosamente, las nanofibras de TiO2@Au muestran una notable capacidad de potenciación del almacenamiento de energía dieléctrica. Específicamente, al introducir únicamente un 0.1% en peso de nanocompuestos de TiO2@Au, el compuesto TiO2@Au/PVDF exhibe una considerable resistencia a la ruptura de 749 MV m−1, que alcanza el 152.8% de PVDF. Mientras tanto, se obtiene una constante dieléctrica alta de 10.2 (114.1% de PVDF). En consecuencia, se logra una densidad de energía ultralta de 18.6 J cm−3, que es el 250.1% de PVDF. Además, se revela que el significativo efecto de potenciación del almacenamiento de energía se origina en el bloqueo de Coulomb y los efectos de micro-capacitores de las nanofibras de TiO2@Au. Este trabajo establece un paradigma único para la preparación fácil de nanomateriales de núcleo y cubierta, que tienen un gran potencial tanto para el almacenamiento de energía dieléctrica como para otros nanocomposites funcionales.