Effect of Glass Transition Temperature on Enhanced Dielectric Breakdown Strength and Lifetime of Multilayer Polymer Films

材料科学 电介质 介电强度 玻璃化转变 复合材料 聚合物 转变温度 光电子学 凝聚态物理 超导电性 物理
作者
Tianxiong Ju,Imre Treufeld,Mason A. Wolak,Michael Ponting,Eric Baer,Lei Zhu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (1): 795-806 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.3c15430
摘要

High temperature, high energy density, and low loss dielectric films are promising candidates for miniaturized capacitors in electric vehicles and high-speed trains. However, single-component polymers could not achieve these desired properties simultaneously. Polymer multilayer films (MLFs), which combine a high dielectric constant polymer [e.g., poly(vinylidene fluoride) (PVDF)] and a high breakdown/low loss polymer [e.g., polycarbonate (PC)] in a unique layered structure, have the potential achieve them at the same time. In this work, the effects of PC glass transition temperature (Tg) on the dielectric insulation properties (breakdown strength and lifetime) were investigated at high temperatures of 100-150 °C. Three PC materials had Tg values of 145 (PC1), 165 (PC2), and 185 °C (PC3), respectively. It is observed that MLF-PC3 with the highest Tg of PC exhibited the highest Weibull direct/alternating current (DC/AC) breakdown strength and the longest DC/AC lifetime, whereas MLF-PC1 with the lowest Tg showed the lowest Weibull DC/AC breakdown strength and the shortest DC/AC lifetime. A high-temperature high-volage leakage current study revealed that MLF-PC3 exhibited the lowest bulk conductivity at all temperatures under different electric fields. The knowledge obtained from this study will help us design better MLFs with high performance for next-generation miniaturized capacitors.

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