DOI: 10.1007/s12598-022-02241-5

聚合物电介质具有优良的介电性能，如高击穿强度、柔性、易加工性等，是先进静电电容器的理想材料。然而，大多数介电聚合物在高温环境下的储能性能不尽如人意。在此，本研究通过普通的溶液浇铸法制备了含有电纺Ba（Zr0.79Ti0.21）O₃纳米纤维（BZTNFs）的聚醚酰亚胺（PEI）纳米复合膜。表征了BZTNFs/PEI纳米复合材料的介电性能，特别是击穿强度，但仅在小负载下才有所改善。在25至150℃下进一步研究了0.5vol%和1.0vol%BZTNFs含量的纳米复合材料的储能性能。随着小负载BZTNFs的引入，纳米复合材料的介电常数和电位移在所有评估温度下都有所提高。1.0vol%BZTNFs/PEI在25℃时的最大放电能量密度为6.05J/cm³，效率为94.9%，在150℃时的对应值降至3.34J/cm³，效率为54.6%，残余位移更大。显然，BZTNFs弛豫铁电纳米填料在提高纳米复合材料的介电常数方面非常有效，但其在高温下限制电荷载流子迁移的能力弱于带隙更宽的纳米填料。这两种纳米填料的结合有望为高温介电膜的制备提供一种新的途径。

图1.a）BZT纳米纤维的电纺丝示意图；b1）初生BZT和b2）煅烧BZT纳米纤维的SEM图像；c）煅烧BZT纳米纤维的XRD图谱与参考PDF进行比较；d）溶液浇铸法制备BZTNFs/PEI纳米复合膜的过程示意图；e）BZTNFs/PEI纳米复合膜的横截面SEM图像；e中标记区域的f1）N、f2）Ba、f3）Ti和f4）Zr的元素分布图

图2.a1）1.0vol%、a2）3.0vol%、a3）5.0vol%和a4）7.0vol%负载BZTNFs/PEI纳米复合膜的横截面SEM图像；b）原始PEI和BZTNFs/PEI纳米复合膜的XRD图谱；c）原始PEI和BZTNFs/PEI纳米复合膜的热重分析曲线

图3.室温下原始PEI和BZTNFs/PEI纳米复合膜的频率相关a）介电常数和b）介电损耗

图4.BZTNFs/PEI纳米复合膜击穿概率的威布尔分布

图5.1kHz下原始PEI、0.5vol%和1.0vol%BZTNFs/PEI纳米复合膜的温度相关a）介电常数和b）介电损耗

图6.a）原始PEI、b）0.5vol%BZTNFs/PEI和c）1.0vol%BZTNFs/PEI击穿概率的威布尔分布，以及d）不同温度下样品的击穿强度值

图7.25℃时a1）原始PEI、a2）0.5vol%BZTNFs/PEI和a3）1.0vol%BZTNFs/PEI，以及150℃时b1）原始PEI、b2）0.5vol%BZTNFs/PEI和b3）1.0vol%BZTNFs/PEI的电位移-电场回线。c1）25℃和c2）150℃时最大电位移和残余电位移值与电场的函数关系

图8.原始PEI、0.5vol%BZTNFs/PEI、1.0vol%BZTNFs/PEI在a,b）25℃和c,d）150℃时的放电能量密度和充放电效率