Largely enhanced dielectric properties of polymer composites with HfO2 nanoparticles for high-temperature film capacitors

材料科学 复合材料 聚醚酰亚胺 电介质 高-κ电介质 纳米复合材料 纳米颗粒 聚合物 聚合物纳米复合材料 电容器 电气工程 电压 纳米技术 光电子学 工程类
作者
Lulu Ren,Lijun Yang,Siyu Zhang,He Li,Yao Zhou,Ding Ai,Zongliang Xie,Xuetong Zhao,Zongren Peng,Ruijin Liao,Qing Wang
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:201: 108528-108528 被引量:211
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2020.108528
摘要

Polymer dielectrics are preferred materials for high-energy-density capacitive energy storage. In particular, high-temperature dielectrics that can withstand harsh conditions, e.g., ≥150 °C, is of crucial importance for advanced electronics and electrical power systems. Herein, high-temperature dielectric polymer composites composed of polyetherimide (PEI) matrix and hafnium oxide (HfO2) nanoparticles are presented. It is found that the incorporation of HfO2 with a moderate dielectric constant and a wide bandgap improves the dielectric constant and simultaneously reduces the high-field leakage current density of the PEI nanocomposites. As a result, the PEI/HfO2 composites exhibit superior energy storage performance to the current high-temperature engineering polymers at elevated temperatures. Specifically, the nanocomposite with 3 vol% HfO2 displays a discharged energy density of 2.82 J/cm3 at 150 °C, which is 77% higher than neat PEI. This work demonstrates the effectiveness of incorporation of the nanofiller with a medium dielectric constant into the polymer on the improvement of high-temperature capacitive properties of the polymer composites.
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