石墨烯納米片被廣泛用于制造用于能量存儲的高介電常數聚合物納米復合材料。但是，隨著石墨烯含量的增加，復合材料的擊穿強度大大降低，這限制了其在高場的應用。為了提高聚偏二氟乙烯/石墨烯復合材料的擊穿強度而又不犧牲介電常數，在這項工作中，我們提出了一種合理的策略，即構造MXene量子點中間層，以制備具有所需電性能的三元復合材料，這是由于層間感應量子限制和庫侖封鎖效應。通過氫鍵誘導的自組裝途徑合成了氧化石墨烯摻雜氮的Ti
3C
2 MXene量子點雜化納米粒子。通過溶液流延法制備了二元聚合物/石墨烯和三元聚合物/雜化粒子納米復合薄膜。與二元復合材料相比，三元對應物具有協同改善的介電常數和擊穿強度。在每個量子點內部，電子的反復無序反彈以及電子與空穴之間的強耦合可能是三元復合材料優越的電性能的原因。在含有0.12 wt％納米粒子的三元復合材料中，實現了高介電常數（約53@1 kHz）和擊穿強度（約205 MV m
-1）。這項工作可能為大規模制造用于能量存儲的高性能納米復合電介質鋪平道路。
Figure 1. 制備雜化納米顆粒和復合膜的示意性步驟。
Figure 2. （a）GO和QD的XRD；（b）GO、QD和雜化粒子的拉曼光譜；（c）GO的XPS全譜和（d）GO的XPS C1s光譜。
Figure 3. （a）GO的SEM，（b）GO的TEM，（c）QDs的TEM和（d）雜化顆粒的TEM。
Figure 4. 在1 kHz時，（a）二元復合材料的介電常數，（b）三元復合材料的介電常數，（c）二元復合材料的介電損耗和（d）三元復合材料的介電損耗。
Figure 5. （a）二元和（b）三元復合材料的擊穿強度。
相關研究成果于2020年由長江師范大學Yefeng Feng課題組，發表在Ceramics International（doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.114）上。原文：High dielectric and breakdown performances achieved in PVDF/graphene@MXene nanocomposites based on quantum confinement strategy。
轉自《石墨烯雜志》公眾號：
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