石墨烯納米片被廣泛用于制造用于能量存儲(chǔ)的高介電常數(shù)聚合物納米復(fù)合材料。但是，隨著石墨烯含量的增加，復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度大大降低，這限制了其在高場(chǎng)的應(yīng)用。為了提高聚偏二氟乙烯/石墨烯復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度而又不犧牲介電常數(shù)，在這項(xiàng)工作中，我們提出了一種合理的策略，即構(gòu)造MXene量子點(diǎn)中間層，以制備具有所需電性能的三元復(fù)合材料，這是由于層間感應(yīng)量子限制和庫(kù)侖封鎖效應(yīng)。通過(guò)氫鍵誘導(dǎo)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(diǎn)雜化納米粒子。通過(guò)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(fù)合薄膜。與二元復(fù)合材料相比，三元對(duì)應(yīng)物具有協(xié)同改善的介電常數(shù)和擊穿強(qiáng)度。在每個(gè)量子點(diǎn)內(nèi)部，電子的反復(fù)無(wú)序反彈以及電子與空穴之間的強(qiáng)耦合可能是三元復(fù)合材料優(yōu)越的電性能的原因。在含有0.12 wt％納米粒子的三元復(fù)合材料中，實(shí)現(xiàn)了高介電常數(shù)（約53@1 kHz）和擊穿強(qiáng)度（約205 MV m
-1）。這項(xiàng)工作可能為大規(guī)模制造用于能量存儲(chǔ)的高性能納米復(fù)合電介質(zhì)鋪平道路。
Figure 1. 制備雜化納米顆粒和復(fù)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(shí)，（a）二元復(fù)合材料的介電常數(shù)，（b）三元復(fù)合材料的介電常數(shù)，（c）二元復(fù)合材料的介電損耗和（d）三元復(fù)合材料的介電損耗。
Figure 5. （a）二元和（b）三元復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度。
相關(guān)研究成果于2020年由長(zhǎng)江師范大學(xué)Yefeng Feng課題組，發(fā)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(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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