普林斯顿大学Adv. Compos. Hybrid Mater.：环氧树脂/粘土纳米电介质：从弛豫动力学到电容储能|储能|普林斯顿大学|材料|环氧树脂|电容|粘土|纳米|聚合物

第一作者：Stavros X. Drakopoulos

通讯作者：Drakopoulos, Stavros X

论文DOI：10.1007/s42114-024-00924-4

研究背景

该论文讨论了环氧树脂/粘土纳米复合材料在介电性能和电容储能中的应用。背景中提到，聚合物和基于聚合物的复合材料由于其在绝缘和静电电容器中的广泛应用，长期以来一直是材料科学、工程和物理学领域的研究热点。随着对高温电容器材料需求的增加，研究人员将注意力集中在增强聚合物介电常数以提高其储能能力上。通过引入无机纳米填料，形成复合纳米介电系统，从而增强材料的介电性能是目前研究的一个重要方向。

内容简介

该论文研究了高玻璃化转变温度（Tg）的环氧树脂与Laponite®（一种合成纳米粘土）制备的纳米复合材料，并探索其在电容储能中的应用。通过广泛的介电光谱分析，研究揭示了这些纳米复合材料在有机/无机界面上存在强烈的Maxwell-Wagner-Sillars（MWS）界面极化现象。研究还表明，Laponite®纳米颗粒的引入显著改变了这些复合材料的热、介电和电容储能性能，尤其是在提高电容器的循环寿命和充放电效率方面有显著提升。

图文导读

图1展示了不同浓度Laponite®纳米颗粒在环氧树脂基体中的分布情况。随着Laponite®浓度的增加，纳米颗粒的聚集现象变得更加明显。此外，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）结果表明，Laponite®纳米颗粒的存在显著改变了复合材料的结构特性。

图2展示了E40L纳米介电系统的能谱分析（EDX）结果，揭示了Si、Mg、O、Na离子在样品中的分布情况。通过EDX分析确认了Laponite®纳米颗粒的存在，并与Laponite®的浓度呈线性关系。

图3展示了纳米复合材料的热性能分析结果，包括差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）。DSC结果显示，Laponite®的引入提高了复合材料的玻璃化转变温度（Tg），而TGA结果则表明Laponite®纳米颗粒的存在提高了复合材料的热稳定性。

图4展示了复合材料的介电响应，特别是介电常数随温度的变化情况。研究发现，Laponite®的存在增强了MWS界面极化现象，特别是在高温下更为显著。

总结与展望

该研究通过引入Laponite®纳米颗粒，显著提升了环氧树脂基纳米复合材料的介电性能和电容储能能力。研究表明，这种纳米复合材料在高温下仍能保持良好的介电性能和电容储能效率，显示出其在高温电容器材料中的潜在应用前景。未来的研究可以进一步探索Laponite®纳米颗粒在其他聚合物基体中的应用，以及其在不同温度和频率条件下的介电性能表现。

文献链接：

https://doi.org/10.1007/s42114-024-00924-4

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