文章导读
当你为电动汽车寻找更高效的电容器材料时，是否总在高温稳定性和能量密度之间艰难抉择？传统聚合物电介质在高温下漏电激增、效率骤降的致命缺陷，让无数研发团队陷入“要么牺牲性能要么承受风险”的两难境地。西安交大团队的最新研究发现，问题根源并非材料本身，而是那个被行业奉为圭臬的“陷阱与势垒不可兼得”的设计铁律。他们通过构建多级异质界面，竟然同时实现了载流子的深度捕获和高效阻挡——这个突破不仅让电容器在高温下的性能提升了30%，更可怕的是它完全颠覆了已有的材料设计范式。想知道他们是如何让相互矛盾的功能在同一界面共存的吗？
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聚合物电介质凭借其卓越的高压稳定性、快速充放电动力学及良好的失效保护机制，被视为现代电力电子与能源系统薄膜电容器的核心材料。然而，其在高温环境下的漏电流激增、效率骤减及电击穿失效，严重制约了在极端环境下的实际部署，这些问题源于载流子在电-热耦合场下的非线性输运限制。针对这一挑战，西安交通大学周迪教授团队提出了一种多级异质界面工程策略：通过构建晶格互锁的异质界面实现功能化集成，成功打破了介电材料设计中“陷阱”与“势垒”不可兼得的传统权衡。
该研究特别聚焦于解析功函数失配诱导的能带弯曲、内建电场的形成及其对载流子动力学的精准调控机制，构建了一个集“阻挡注入、引导路径、深度捕获”于一体的协同框架。利用第一性原理计算、有限元模拟和先进表征技术，阐明了多级界面在抑制焦耳热、扭曲电树枝生长路径及增强界面极化中的核心作用，为开发兼具高能量密度与卓越热稳定性的聚合物电介质奠定了理论基础。该研究通过深度融合微观界面电子结构与宏观储能表现，有效突破了高功率应用中的性能瓶颈，为该材料在电动汽车逆变器及集成电容器系统等领域的规模化应用提供了可能。同时，这一创新成果也为研发下一代高能量密度、耐高温、长寿命的聚合物薄膜电容器确立了普适性的设计范式。
电介质材料的设计理念、以及微观结构特征
相关研究成果以《多级异质界面工程打破高能量密度聚合物电介质中“陷阱-势垒”的权衡限制》（Multilevel Heterointerface Engineering Breaks the Trap-Barrier Trade-Off in High-Energy-Density Polymer Dielectrics）为题发表于《先进材料》（Advanced Materials）期刊。
西安交通大学电信学部电子科学与工程学院博士研究生刘阳为论文第一作者，电子学院周迪教授、刘增辉副教授，电气学院刘文凤教授、周垚教授为论文共同通讯作者。该工作得到了同济大学翟继卫教授，巴塞罗那大学Joan Ramon Morante Lleonart教授、加泰罗尼亚能源研究所Jordi Jacas教授、Andreu Cabot教授等多位领域专家的指导。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委项目等资助。论文感谢西安交通大学国际电介质研究中心（ICDR）和西安交通大学高性能计算平台的支持。
团队主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/zhoudi1220 。
文章链接: https://doi.org/10.1002/adma.202517624
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