免费av大片在线看_日本久久东京热午夜_日韩欧美亚洲中文字幕国_大战刚结婚的少妇_亚洲AV成人综合网成人_91九色丨PORNY丨交换_成人动漫网站_欧美在线专区

  隨著第三代半導體功率器件的迅速發(fā)展，電力及電子系統(tǒng)被要求在更高溫度下運行。然而，基于現(xiàn)有商用聚合物薄膜（如雙向拉伸聚丙烯，BOPP）的介質(zhì)儲能電容器僅能在105 °C以下工作，遠遠無法滿足需求。研究表明，高溫下聚合物電介質(zhì)性能的劣化是由于其電導率隨溫度與電場的提高呈指數(shù)上升，從而產(chǎn)生大量熱損耗并最終導致器件的熱失控。構(gòu)建聚合物納米復合電介質(zhì)被證實是一種抑制電荷載流子的注入和輸運以減少電導損耗行之有效的策略。各種納米尺寸填料（如氮化硼納米片、Al₂O₃、MgO和HfO₂等）已被證明能夠在150 °C下顯著提高復合電介質(zhì)的儲能密度和效率。然而，在更高溫度（如200 °C）下，基于常規(guī)納米顆粒的復合材料的儲能效率顯著下降，不能滿足應(yīng)用需求。

圖1. 聚合物/無機團簇復合電介質(zhì)的制備路線和表征。(a) 一種基于“位點隔離”策略的共聚合制備路線。(b) PEAA-O-AOC和PEI-O-AOC的FT-IR光譜。(c) PEI-OH和PEI-O-AOC的固態(tài)13C NMR譜

圖2. PEI-O-AOC的形貌、組成與性能。(a) PEI-O-AOC在透射電鏡下的形貌。(b) 通過SAXS測試得到氧化鋁團簇（AOC）的尺寸分布。(c) 對PEI-OH、PEI-O-AOC和PEI-OH/Al₂O₃-NP的DSC測試。(d) PEI-OH、PEI-O-AOC和PEI-OH/Al₂O₃-NP的XPS Al2p譜。(e) PEI-OH、PEI-O-AOC和PEI-OH/Al₂O₃-NP的XRD測試。

圖3. PEI-O-AOC的電性能和高溫儲能性能。(a) 200 °C下，PEI-OH、PEI-O-AOC和PEI-OH/Al₂O₃-NP的泄漏電流密度隨外加電場的變化。(b) PEI-O-AOC在不同溫度下的泄漏電流。(c) PEI-OH、PEI-O-AOC和PEI-OH/Al₂O₃-NP在200℃下的擊穿強度。(d) 在200 ℃和100 Hz下，PEI-OH、PEI-O-AOC和PEI-OH/Al₂O₃-NP的高溫儲能性能。(e) PEI-OH、PEI-O-AOC和PEI-OH/Al₂O₃-NP的高溫儲能性能隨頻率的變化。(f) PEI-O-AOC與目前先進高溫電介質(zhì)材料在200 °C下儲能密度和儲能效率的比較。

圖4. 利用能帶和陷阱理論分析PEI-O-AOC的性能優(yōu)化機制。(a) 模擬了不同尺寸下γ-Al₂O₃的帶隙。(b) 通過紫外可見光譜測定PEI-OH、PEI-O-AOC和PEI-OH/Al₂O₃-NP的光學帶隙。(c) 利用P-F發(fā)射機制下的Arrhenius圖計算PEI-O-AOC中的陷阱深度。(d) 量子尺寸效應(yīng)調(diào)制的能帶結(jié)構(gòu)和陷阱深度示意圖。

  最后，研究探討了利用量子尺寸效應(yīng)實現(xiàn)高溫儲能密度和儲能效率巨大提升的物理機制。圖4a計算了不同尺寸下γ-Al₂O₃粒子的帶隙。在小尺寸下，粒子的帶隙迅速上升。這顯示了AOC自身的電性能優(yōu)勢。研究測試了PEI-OH、PEI-OH/Al₂O₃-NP和PEI-O-AOC的紫外可見光譜。結(jié)果表明，聚合物的帶隙基本保持不變，但PEI-O-AOC顯示出更平緩的吸收邊。這表明PEI-O-AOC可能存在更豐富的陷阱態(tài)�；�P-F發(fā)射機制的Arrhenius圖證實了這一點，并且顯示PEI-O-AOC中存在深度為1.60 eV的深陷阱。量子尺寸效應(yīng)對陷阱的調(diào)控可以從以下兩個方面理解。首先，小尺寸團簇相比納米粒子具有更高的比表面積。由此，表面缺陷，如懸掛鍵和氧空位的密度將大大提高，并最終作為載流子深陷阱存在于PEI-O-AOC中。其次，帶隙增大的實質(zhì)是導帶底的增大和價帶頂?shù)臏p小。與此同時，陷阱能級卻不像導帶底那樣隨尺寸明顯變化。因此，由導帶底與陷阱能級之差定義的陷阱深度自然會隨著尺寸的減小而增大（如圖4d所示）。

  所得到的聚合物/無機團簇復合電介質(zhì)不僅該研究不僅兼具極高高溫儲能密度和儲能效率，其制備過程還十分簡便，與現(xiàn)有聚合物合成流程高度兼容，省去了傳統(tǒng)納米復合方法所需的超聲分散等步驟。研究不僅利用量子尺寸效應(yīng)顯著提升了復合電介質(zhì)在高溫下的儲能性能，還拓展了對金屬氧化物能帶結(jié)構(gòu)和陷阱的認識，為高溫復合電介質(zhì)的開發(fā)提供了新思路。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202301936