石墨烯纳米片被广泛用于制造用于能量存储的高介电常数聚合物纳米复合材料。但是，随着石墨烯含量的增加，复合材料的击穿强度大大降低，这限制了其在高场的应用。为了提高聚偏二氟乙烯/石墨烯复合材料的击穿强度而又不牺牲介电常数，在这项工作中，我们提出了一种合理的策略，即构造MXene量子点中间层，以制备具有所需电性能的三元复合材料，这是由于层间感应量子限制和库仑封锁效应。通过氢键诱导的自组装途径合成了氧化石墨烯掺杂氮的Ti₃C₂ MXene量子点杂化纳米粒子。通过溶液流延法制备了二元聚合物/石墨烯和三元聚合物/杂化粒子纳米复合薄膜。与二元复合材料相比，三元对应物具有协同改善的介电常数和击穿强度。在每个量子点内部，电子的反复无序反弹以及电子与空穴之间的强耦合可能是三元复合材料优越的电性能的原因。在含有0.12 wt％纳米粒子的三元复合材料中，实现了高介电常数（约53@1 kHz）和击穿强度（约205 MV m^-1）。这项工作可能为大规模制造用于能量存储的高性能纳米复合电介质铺平道路。
 
 
Figure 1. 制备杂化纳米颗粒和复合膜的示意性步骤。
 
 
Figure 2. （a）GO和QD的XRD；（b）GO、QD和杂化粒子的拉曼光谱；（c）GO的XPS全谱和（d）GO的XPS C1s光谱。
 
 
Figure 3. （a）GO的SEM，（b）GO的TEM，（c）QDs的TEM和（d）杂化颗粒的TEM。
 
 
Figure 4. 在1 kHz时，（a）二元复合材料的介电常数，（b）三元复合材料的介电常数，（c）二元复合材料的介电损耗和（d）三元复合材料的介电损耗。
 
 
Figure 5. （a）二元和（b）三元复合材料的击穿强度。
 
        相关研究成果于2020年由长江师范大学Yefeng Feng课题组，发表在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。

转自《石墨烯杂志》公众号：