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  隨著電動汽車、航空航天及地下能源勘探的快速發展，電子器件在極端高溫和高電場環境下的穩定運行需求日益迫切。作為能量存儲與轉換的核心部件，聚合物薄膜電容器因其高功率密度、快速充放電速率及可靠性成為研究熱點。然而，傳統電介質材料（如商用雙向拉伸聚丙烯BOPP）的最高工作溫度僅為 105°C，且在高溫下需大幅降低工作電壓（30-50%）以維持性能，這嚴重限制了其在發動機等高溫（>120°C）場景中的應用。此外，雖然具有高玻璃化轉變溫度的聚合物具有較好的耐溫性，但是其在高場強下仍面臨泄漏電流激增和儲能效率驟降的挑戰。這一瓶頸源于高溫與電場耦合作用下電荷注入、激發及遷移的加劇，導致導電損耗顯著增加且擊穿強度下降。因此，開發兼具高溫穩定性、高儲能密度和低損耗的全有機電介質體系，成為該領域亟待突破的核心挑戰。

圖1.高溫 cFPI-PEA 薄膜的分子設計和熵驅動構建

  針對該問題，浙江工業大學徐立新/葉會見團隊近日報道了一種由氟代聚酰亞胺（FPI）與柔性聚醚胺（PEA）構成的兩親性嵌段共聚物，通過納米級微觀相分離和交聯策略相結合制備具有超高儲能密度且可耐極端條件（高溫、高場強）的聚合物電介質薄膜。該共聚物中氟代聚酰亞胺（FPI）與柔性聚醚胺（PEA）可形成熱熵驅動域，態密度模型顯示兩者存在顯著的電子異質性，相互之間的界面勢壘可有效抑制電荷遷移（圖1）。通過引入含雙吸電子基團的三官能團交聯劑細化 PEA 相域（從 19.2 nm 降至 13.7 nm）（圖2），可使材料在極端條件下實現超高能量密度（150℃/700 MV/m 時 11.07 J/cm3，200℃/600 MV/m 時 6.45 J/cm3，效率均 > 90%）（圖3），且在 200℃下經 10?次充放電循環后性能保持穩定(圖4)。該策略通過兩親性能級工程與熵驅動相細化協同作用，為高溫電容器所需的兼具高儲能密度和高耐溫可靠性聚電介質材料的制備提供了創新思路。

圖2. 交聯誘導的 cFPI-PEA 薄膜結構細化及表征

圖3. cFPI-PEA 薄膜的介電性能和儲能能力

圖4. cFPI-PEA 薄膜的循環穩定性及抗擊穿機制

  圖 5 比較了不同交聯劑（FPOB、POB、PB）對 cFPI-PEA 薄膜儲能性能的影響，結果顯示 FPOB 因具有最高的偶極矩（10.9 Debye），其正電勢區域的面積占比遠高于POB 和PB，這源于–CF?強吸電子效應與醚鍵孤對電子的協同作用，形成了更深的電子陷阱；在 150℃、700 MV/m 下，FPOB 交聯體系的極化值（3.43 μC cm?2）顯著高于 POB（3.03 μC cm?2）和 PB（2.41 μC cm?2），且在 150℃下隨電場變化的能量密度和效率表現最優，POB和PB體系雖也保持良好的高溫儲能性能但均不及FPOB，這表明熵驅動微相分離的細化是提升聚合物薄膜儲能能力的有效方法。

圖5.不同交聯劑的cFPI-PEA薄膜的儲能性能比較

  本研究提出一種新型兩親性嵌段共聚物電介質材料體系，通過創新分子設計與納米相工程，引入含強吸電子基團的交聯分子協同調控，實現材料結構“剛柔并濟”，其中剛性鏈段構建高耐熱骨架，柔性相域的高相勢壘抑制載流子遷移，獨特吸電子交聯位點形成本征電荷陷阱，大幅降低導電損耗。該設計突破傳統高溫電介質在極端場強下的性能瓶頸，賦予材料優異的高溫穩定性和循環耐久性，其在高溫高場環境下具有較高的儲能密度和效率，此外，通過納米相域工程設計可延緩擊穿過程，展現出卓越的抗疲勞性能，為下一代高功率電容器的長效穩定運行提供創新方案。

  該研究結果以“Chain Topology Engineering in Amphiphilic Block Copolymers: Crosslinking-Induced Nanodomain Refinement for Ultrahigh Energy Density under Extreme Conditions”為題發表于《Advanced Science》，浙江工業大學材料學院博士生翟福興為論文第一作者，徐立新教授和葉會見副教授為論文共同通訊作者。本工作得到了國家自然科學基金（51707175，21474091）、浙江省重點研發計劃項目（2021C01089）、浙江省自然科學基金（LTZ20E070001）以及全省先進高分子材料改性與應用技術重點實驗室（浙江省）和浙江工業大學平湖新材料研究院等平臺條件的支持。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202510046