Improved Breakdown Strength and Restrained Leakage Current of Sandwich Structure Ferroelectric Polymers Utilizing Ultra-Thin Al2O3 Nanosheets

材料科学 复合材料 聚合物 电场 铁电性 薄膜 纳米片 铁电聚合物 复合数 电流密度 光电子学 纳米技术 电介质 共聚物 物理 量子力学
作者
Yi Zeng,Hao Pan,Zhonghui Shen,Yang Shen,Zhifu Liu
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (21): 2836-2836
标识
DOI:10.3390/nano13212836
摘要

Flexible capacity applications demand a large energy storage density and high breakdown electric field strength of flexible films. Here, P(VDF-HFP) with ultra-thin Al2O3 nanosheet composite films were designed and fabricated through an electrospinning process followed by hot-pressing into a sandwich structure. The results show that the insulating ultra-thin Al2O3 nanosheets and the sandwich structure can enhance the composites' breakdown strength (by 24.8%) and energy density (by 30.6%) compared to the P(VDF-HFP) polymer matrix. An energy storage density of 23.5 J/cm3 at the ultrahigh breakdown strength of 740 kV/mm can be therefore realized. The insulating test and phase-field simulation results reveal that ultra-thin nanosheets insulating buffer layers can reduce the leakage current in composites; thus, it affects the electric field spatial distribution to enhance breakdown strength. Our research provides a feasible method to increase the breakdown strength of ferroelectric polymers, which is comparable to those of non-ferroelectric polymers.
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