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一、文章概述

高密度聚合物/陶瓷復合材料需要高介電響應和電絕緣，在帶半導體的聚合物復合材料中，介電響應較低。為了平衡高介電常數和擊穿強度，文章研究制備了具有重新合成的V2C MXene-Cuo雜化粒子的聚合物基復合材料，研究發現，復合材料的高介電響應歸因于陶瓷/陶瓷異質結處的強電子極化，高絕緣性是由于氟誘導的電子阱效應。第一原理計算驗證了V2C/CuO范德瓦爾斯異質結處的電子轉移機理，與聚合物/CuO二元復合材料相比，聚合物/V2C-CuO三元復合材料的綜合電性能（顯著改善介電響應和輕微的絕緣損傷）。含10wt%V2C-CuO的三元復合材料的高介電常數為89，低介電損耗為0.23,100Hz下的低電導率為6.8×10−7Sm−1，高擊穿強度為204MVm−1。文章研究使易于制備尖端納米復合電介質成為可能。

二、圖文導讀

圖1.(a)氧化銅、(b)V2C和(c)混合陶瓷和復合材料的方案制備步驟。

圖2.(a)V2C、氧化銅和混合陶瓷的XRD，(b)XPS的氧化銅和混合陶瓷，(c)V2C的低倍掃描電鏡和(d)V2C的高倍掃描電鏡。

氧化銅和混合陶瓷的XPS全光譜顯示，在氧化銅中，933eV和529eV的信號被分配到Cu2p和o1s上。在混合陶瓷中，檢測到Cu2p和O1s信號，表明混合陶瓷中存在氧化銅。5295eV和289eV的信號來自混合陶瓷中V2C的V2p和C1。

圖3.(a)氧化銅的低倍掃描電鏡，(b)氧化銅的放大掃描電鏡，(c)混合陶瓷的低倍掃描電鏡，(d)混合陶瓷的高倍掃描電鏡。

圖4.(a)二元體系介電常數頻譜，(b)三元體系介電常數頻譜，(c)100Hz三元體系100Hz的介電常數與陶瓷含量的關系，(d)三元體系與聚合物和二元體系相比，100Hz的介電常數相對增加。

圖5.(a)二元體系介電損耗頻譜，(b)三元體系介質損耗頻譜，(c)100Hz時雙體系介電損耗與陶瓷含量的關系，(d)三元體系與聚合物和二元體系相比，100Hz時的損耗相對增加。

三、全文總結

用V2C和氧化銅顆粒制備合成的V2C-Cuo雜化顆粒。與氧化銅相比表現出較高的高介電響應并誘導界面極化增強，大大提高了三元體系的介電常數。制備的聚合物基三元復合薄膜作為電介質。與聚合物/CuO二元體系相比，三元系統表現出提高介電常數，略微增加介電損耗和電導率，以及略微降低擊穿強度。最后文章提出了基于陶瓷/陶瓷范德瓦爾斯異質結的界面銅和F的強電子極化研究三元體系的高介電響應。綜上所述，三元體系的高介電常數應源于聚合物/V2C界面極化、V2C/CuO界面處的電子極化和氧化銅內的電子-空穴偶極子。高擊穿性能應基于低陶瓷/陶瓷（聚合物/V2C）界面泄漏導電和均勻的現場分布。10wt%的三元復合陶瓷具有高介電常數~89，低介電損耗~0.23,100Hz低導電率~6.8×10−7sm−1，高擊穿強度~204mvm−1。揭示了V2C與氧化銅之間具有較強的協同作用。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149008

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