近日，我院化工学院周文英教授团队在国际材料领域的顶级和权威刊物<<Advanced Materials>>(IF:32.2,2021)上在发表了题为："Core–Shell Engineering of Conductive Fillers toward Enhanced Dielectric Properties: A Universal Polarization Mechanism in Polymer Conductor Composites"的研究论文。该论文首次提出了理解导体粒子/聚合物复合电介质极化行为的普适极化机理。周文英教授为第一作者及通讯作者，西安科技大学为第一完成单位。

当前，在面向导体粒子/聚合物储能电介质研究领域存在着2个重要问题至今悬而未决：一是工程上难以同步实现聚合物的高介电常数及低损耗，二是理论上缺乏理解该体系同步高介电-低损耗的物理机制。该团队设计和制备了不同结构核壳结构锌粒子，和铁电聚合物PVDF复合。采用开尔文探针显微镜和Cole–Cole方程对复合材料介电常数和损耗进行实验和理论分析。

研究发现：极化是由电子穿过几个相邻填料颗粒的传输决定的，本质上是类似畴型的极化过程；针对导体粒子/聚合复合电介质，首次提出了填料粒子团簇内长程载流子迁移的电畴型极化机制，揭示了核壳结构填料影响聚合物复合材料的介电性能的物理机制。粒子团簇极化物理机制合理诠释了当前界面极化理论无法解释的某些反常介电行为，基于调控粒子电性能及粒子族尺寸的策略为设计和制备同步高介电低损耗的聚合物复合电介质提供了理论指导。

该研究获国家自然科学基金资助(51577154, 51073180)。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202207829

Figure 5. a) Filler particles are clustered into polarizable domains (yellow blob), which defines the polarization magnitude of polymer composites; beyond the polarizable domain, electron transport mainly contributes to conduction rather than dielectric polarization. b) Correlation between relaxation strength versus relation time: good linearity confirms cluster polarization as the dominant polarization mechanism. c) Evolution of cluster size (polarization magnitude) in traditional percolative composites (right: with filler concentration) and in core–shell structured composites (left: with shell electrical resistivity)