다양한 직경의 SiO2 나노입자를 포함한 롤-투-롤 제조된 폴리에터이미드 나노복합체의 고온 유전체 에너지 저장 성능 향상

초록 폴리머 기반 유전체 필름의 고온 에너지 저장 성능을 향상시키기 위해, 큰 밴드 갭을 가진 무기 나노 필러가 훨씬 더 효과적이며 널리 채택되고 있습니다. 그러나 나노입자의 직경이 폴리머 나노복합체의 유전적 성질에 미치는 영향은 덜 연구되었습니다. 여기서는 솔-젤 방법으로 준비된 다양한 직경(20, 60, 120, 200 nm)의 이산화규소 나노입자(SiO2-NPs)를 PEI 매트릭스에 흡수시켜 PEI/SiO2 나노복합체를 형성합니다. 특성 분석 결과, 폴리에터이미드(PEI) 복합체의 유전적 성질과 SiO2-NPs의 직경 사이에 뚜렷한 상관관계가 있음을 보여줍니다. 누설 전류 밀도 분석 및 붕괴 강도 시뮬레이션은 작은 직경의 SiO2-NPs가 전하 운반체의 이동을 방해하는 더 깊은 트랩을 생성함을 나타내며, 특히 고온에서 더욱 그러합니다. 특히 PEI/20 nm-SiO2는 150 °C에서 90%의 효율로 4.4 J cm−3의 높은 방전 에너지 밀도를 나타냅니다. 또한, 두께 10 µm의 PEI/SiO2 필름은 대규모 용액 주조 공정으로 제조됩니다. 연속적으로 제조된 PEI/20 nm-SiO2 필름은 150 °C에서 90%의 효율로 3.2 J cm−3의 방전 에너지 밀도를 보입니다. 이 연구는 고성능 유전체 폴리머 복합체의 설계 전략을 제공할 뿐만 아니라, 실용적인 고온 유전체 필름을 대규모로 제공합니다.