高功率密度电容器被广泛应用于便携式电子设备、混合动力汽车和先进推进系统等领域，无机/有机复合电容器同时具有高击穿电压和高电位移备受人们关注。其中，无机材料的选择对电容器性能影响尤为明显，高纵横比二维无机材料能减少填料团聚和阻碍导电通路形成，因而成为当下研究热点之一。然而，微米级二维材料仍有很大几率形成导电通路且晶体取向是随机的。因此，如何制备大尺寸高性能无机二维材料，并实现与有机材料完美的结合，这是进一步提高电容器功率密度的有效办法。
图A为大尺寸高性能二维BTO制备示意图 图B为2-2型BTO/PVDF复合材料截面SEM及能谱图
图C为复合材料储能密度和储能效率图 图D为复合材料相场模拟击穿图
针对这一科学问题，西安交通大学电信学部电子科学与工程学院刘明教授团队在前期发现(100)钛酸钡薄膜超柔性的基础上深入研究不同取向自支撑二维钛酸钡薄膜的铁电特性，并成功制备出2-2型毫米级(111)取向钛酸钡/聚偏氟乙烯(BTO/PVDF)介电储能材料，实现了20.7 J/cm3的储能密度，达到纯PVDF材料的2.2倍，相场模拟显示该性能的提高与BTO薄膜密切相关。这一设计制备技术具有很强普适性，为进一步提高复合材料介电储能性能开辟了新途径。
该研究结果以“2-2型PVDF基复合材料中填充(111)取向外延BTO薄膜实现高储能密度”(2-2 Type PVDF-Based Composites Interlayered by Epitaxial (111)-Oriented BTO Films for High Energy Storage Density) 为题，在国际著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials) 上在线发表。该工作以西安交通大学为唯一作者单位，电信学部博士生王添为第一作者，刘明教授为通讯作者，论文作者还包括物理学院杨森教授等。这一工作是刘明教授课题组在《科学》(Science)、《科学进展》(Science Advances)、《先进材料》(Advanced Materials) 等期刊报道超柔性自支撑功能氧化物薄膜之后，围绕自支撑铁电氧化物薄膜的应用，在介电储能方面应用的重要拓展，对未来柔性储能提供了新思路。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202108496
刘明教授团队主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/mingliu