电容器作为电子设备中的基础元件，在电子电力系统、混合动力汽车、能源存储和医疗设备等领域具有广泛的应用。柔性纳米电介质具有击穿强度高、低介电损耗、重量轻、易于加工等显著特点，在现代电子信息产业中起着重要作用。新型功能器件集成化、小型化和微型化成为发展趋势，提高纳米电介质的介电常数、击穿强度和储能密度等关键性能仍是当前国际前沿研究的重点，高性能纳米电介质仍是当前制约我国先进薄膜电容等器件制造的关键基础电子材料。近日，bob电竞ios 理学院卢红伟课题组在国际顶级学术Top期刊Carbohydrate Polymers（影响因子10.7）（https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122968）上发表了原创性研究性文章。硕士生王鸣为论文第一作者，卢红伟副教授为论文通讯作者，李本刚教授、苏伟涛教授和杨诗佳为共同作者。研究工作得到bob电竞ios 海宁研究院和浙工大平湖研究院的大力支持。

本研究以 PVDF作为基质，采用溶液共混法制备了β-CD/PVDF全有机柔性纳米电介质薄膜，首次报道了具有锥形中空圆筒立体环状生物质结构对纳米电介质介电性能调控的影响。研究发现，β-CD 具有亲水的外表面和疏水的内部空腔，疏水的空腔允许 CDs 通过多种非共价相互作用（图 1b）；作为高分子材料的物理交联剂和结晶促进剂的加入可能会使氢键的数量增加并形成具有物理交联网络，对 PVDF 结晶及微观结构产生影响（图 1c）；β-CD 腔内的高电子密度、较强的偶极矩和外腔的羟基容易极化可能会使 β-CD /PVDF 界面极化增强进而提高薄膜的介电常数。每个 β-CD 分子外部有 7 个-OH 基团，可与 PVDF 的多个聚合物链相互作用，形成物理交联的氢键网络。氢键对于捕获载流子有着积极的作用，在抑制载流子提升击穿强度的同时，还可以有效的降低损耗，提升复合材料的击穿强度。通过调控纳米电介质微观结构，如图2所示，与文献相比较β-CD/PVDF全有机柔性纳米电介质击穿强度和储能密度得到显著提升。该方法为制备高介电常数、高击穿强度以及高储能密度的全有机柔性纳米电介质薄膜提供了一条新途径，在新型器件、传感器、介电弹性体和软体机器人等领域具有巨大的应用潜力。

图 1.（a）纳米电介质材料的应用（b）β-CD 分子化学式和结构尺寸参数（c）PVDF 和 β-CD不同组分之间的分子间相互作用。

图 2.（a）不同电场下不同 β-CD 含量的复合薄膜的储能性能和（b）最大电场下储能密度（c）不同含量 β-CD/PVDF 复合薄膜雷达图（d）1% β-CD/PVDF 与先前文献中介电材料之间的储能性能比较。