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一、文章概述

高密度聚合物/陶瓷復(fù)合材料需要高介電響應(yīng)和電絕緣，在帶半導(dǎo)體的聚合物復(fù)合材料中，介電響應(yīng)較低。為了平衡高介電常數(shù)和擊穿強(qiáng)度，文章研究制備了具有重新合成的V2C MXene-Cuo雜化粒子的聚合物基復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的高介電響應(yīng)歸因于陶瓷/陶瓷異質(zhì)結(jié)處的強(qiáng)電子極化，高絕緣性是由于氟誘導(dǎo)的電子阱效應(yīng)。第一原理計(jì)算驗(yàn)證了V2C/CuO范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)處的電子轉(zhuǎn)移機(jī)理，與聚合物/CuO二元復(fù)合材料相比，聚合物/V2C-CuO三元復(fù)合材料的綜合電性能（顯著改善介電響應(yīng)和輕微的絕緣損傷）。含10wt%V2C-CuO的三元復(fù)合材料的高介電常數(shù)為89，低介電損耗為0.23,100Hz下的低電導(dǎo)率為6.8×10−7Sm−1，高擊穿強(qiáng)度為204MVm−1。文章研究使易于制備尖端納米復(fù)合電介質(zhì)成為可能。

二、圖文導(dǎo)讀

圖1.(a)氧化銅、(b)V2C和(c)混合陶瓷和復(fù)合材料的方案制備步驟。

圖2.(a)V2C、氧化銅和混合陶瓷的XRD，(b)XPS的氧化銅和混合陶瓷，(c)V2C的低倍掃描電鏡和(d)V2C的高倍掃描電鏡。

氧化銅和混合陶瓷的XPS全光譜顯示，在氧化銅中，933eV和529eV的信號(hào)被分配到Cu2p和o1s上。在混合陶瓷中，檢測(cè)到Cu2p和O1s信號(hào)，表明混合陶瓷中存在氧化銅。5295eV和289eV的信號(hào)來(lái)自混合陶瓷中V2C的V2p和C1。

圖3.(a)氧化銅的低倍掃描電鏡，(b)氧化銅的放大掃描電鏡，(c)混合陶瓷的低倍掃描電鏡，(d)混合陶瓷的高倍掃描電鏡。

圖4.(a)二元體系介電常數(shù)頻譜，(b)三元體系介電常數(shù)頻譜，(c)100Hz三元體系100Hz的介電常數(shù)與陶瓷含量的關(guān)系，(d)三元體系與聚合物和二元體系相比，100Hz的介電常數(shù)相對(duì)增加。

圖5.(a)二元體系介電損耗頻譜，(b)三元體系介質(zhì)損耗頻譜，(c)100Hz時(shí)雙體系介電損耗與陶瓷含量的關(guān)系，(d)三元體系與聚合物和二元體系相比，100Hz時(shí)的損耗相對(duì)增加。

三、全文總結(jié)

用V2C和氧化銅顆粒制備合成的V2C-Cuo雜化顆粒。與氧化銅相比表現(xiàn)出較高的高介電響應(yīng)并誘導(dǎo)界面極化增強(qiáng)，大大提高了三元體系的介電常數(shù)。制備的聚合物基三元復(fù)合薄膜作為電介質(zhì)。與聚合物/CuO二元體系相比，三元系統(tǒng)表現(xiàn)出提高介電常數(shù)，略微增加介電損耗和電導(dǎo)率，以及略微降低擊穿強(qiáng)度。最后文章提出了基于陶瓷/陶瓷范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的界面銅和F的強(qiáng)電子極化研究三元體系的高介電響應(yīng)。綜上所述，三元體系的高介電常數(shù)應(yīng)源于聚合物/V2C界面極化、V2C/CuO界面處的電子極化和氧化銅內(nèi)的電子-空穴偶極子。高擊穿性能應(yīng)基于低陶瓷/陶瓷（聚合物/V2C）界面泄漏導(dǎo)電和均勻的現(xiàn)場(chǎng)分布。10wt%的三元復(fù)合陶瓷具有高介電常數(shù)~89，低介電損耗~0.23,100Hz低導(dǎo)電率~6.8×10−7sm−1，高擊穿強(qiáng)度~204mvm−1。揭示了V2C與氧化銅之間具有較強(qiáng)的協(xié)同作用。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149008

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