高能量密度、高温和低损耗的聚合物介质非常适合于电力储能应用，如电动汽车或高速列车的电力电子设备中的薄膜电容器。随着科技的日新月异，高介电常数、低介电损耗和耐高温已经成为先进高分子电介质材料的三大指标。对于介电材料而言，高极化和低介电损耗是相互对立的两种性能，高极化和低介电损耗本质上是两个相互矛盾的物理性质，极化过程越多，损耗机制也就越多。如何在高介电常数和低损耗之间建立平衡就显得尤为重要。
本文综述了介电聚合物在提高介电常数的同时实现低介电损耗的研究进展。该项论文由长安大学材料学院魏俊基博士以“Intrinsic polymer dielectrics for high energy density and low loss electric energystorage”为题发表在高分子著名期刊Progress in Polymer Science上。
论文介绍了介电聚合物的介电常数可分为两类:外在介电常数和内在介电常数。对于外部介质系统，其工作机制包括偶极(如纳米介质)和空间电荷(如离子凝胶)界面极化。这些极化不会增加聚合物的本征介电常数，但会导致聚合物的击穿强度降低和介电损耗增加。对于本征电介质聚合物，介电常数来源于电子、原子(或振动)和定向极化，这是聚合物本身固有的。由于有机聚合物中分子键的性质，电子和原子极化产生的介电常数被限制在2-5之间，带隙> 4ev)。利用定向极化可以在保持较低损耗的同时提高本征介电常数。然而，铁电聚合物中的非线性铁电开关必须避免。同时，由于副电相中链的运动较大，副电聚合物往往表现出较高的电子传导率。从这个意义上说，偶极玻璃态聚合物对低损耗介质更有吸引力，因为冷冻链动力学使深陷阱能够阻止电子传导。无论是侧链还是主链的偶极玻璃聚合物都是很有前途的候选材料。此外，对于高介电常数极性聚合物，可以将多层膜中的固有介电特性和非固有介电特性协同结合，以提高击穿强度并进一步降低介电损耗。最后，简要讨论了未来的研究方向，为最终实现下一代聚合物薄膜电容器。
(A) 一种DGPs型高分子PMSEMA 的εr′和εr′′随温度的变化曲线(B)PMSEMA的双极D-E回路曲线
论文要点：非本征介电特性包括偶极和空间电荷极化；本征介电性质是电子/原子/定向极化；电子和原子的贡献为高κ偏振是有限的；偶极玻璃聚合物是高能量低损耗介质的良好选择；多层膜同时利用界面极化和定向极化。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079670020300472