液晶域与极性分子协同增强聚合物导热性及高温储能性能研究

这篇研究通过引入联苯介晶（biphenyl mesogens）和极性分子（polar molecules），创新性地设计了兼具高介电常数（εr）、低介电损耗（tanδ）和高导热性（0.88 W/m·K）的环氧薄膜。该材料在140°C下实现了4.45 J/cm3的放电能量密度（Ud）和93.72%的充放电效率（η），远超商用BOPP薄膜（0.5 J/cm3），其自修复能力和热稳定性为极端环境下的电容器应用提供了突破性解决方案。

　　

Highlight

本研究通过分子结构设计，将联苯介晶（biphenyl mesogens）和氟化偶极子（fluorinated dipoles）整合到环氧薄膜中，同步提升了材料的高温储能性能。理论模拟与实验表明，这种协同作用显著增强了聚合物电介质在高温下的介电常数（ε_r），同时保持了超低介电损耗（tanδ）。优化后的薄膜在140°C和500 kV/mm条件下，实现了4.45 J/cm³的能量密度（U_d）和93.72%的效率（η），其热导率（0.88 W/m·K）和自修复能力为实际应用提供了关键保障。

Results and discussion

聚合物的分子结构对其介电和热力学性能具有决定性影响。如图1所示，联苯介晶通过π-π堆叠形成有序液晶域，显著提升了介电击穿强度（E_b）并构建高效导热通路，有效抑制热积累。极性分子的引入则增强了电场下的介电极化响应，从而提升极化能力。

Conclusion

通过重构聚合物分子结构，材料表现出优异的高温储能性能（图S31）。联苯介晶的刚性结构提升了基体绝缘性，而极性分子优化了极化响应，两者协同作用为高性能聚合物电介质电容器提供了新思路。