基于超分子作用的无机/聚合物复合材料介电性能调控

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51572141
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    64.0万
  • 负责人：
    沈洋
  • 依托单位：
    清华大学
  • 学科分类：
    E0206.功能陶瓷
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Dielectric capacitors are of critical importance in modern electrical and electronic industry. Composite dielectrics of high energy density have been actively pursued in the past decade. The enhancement of energy density of the composite dielectrics lies in the modulation of interface between oxide nanoparticles and the polymer matrix in the composite dielectrics. In this project, supramolecular structures are rationally designed and synthesized for the modulation of the crucial interface polarization in composite dielectrics. The self-assembly of the synthesized organic molecules on the surface of the oxide nanoparticles will be thoroughly studied. The effect of the organic molecules on the dielectric and energy storage behavior of the oxide/polymer composites is explored. High quality composite dielectric films with energy density of ~ 30 J/cm3 will be prepared.
电介质电容器在智能电网、绿色新能源技术等领域具有广泛的战略需求，是激光武器、电磁炮等新型武器装备无可替代的核心储能元件。提高介质薄膜的储能密度是电介质电容器研究发展的焦点。对纳米粒子与聚合物基体之间界面的电学性质进行调制是提高复合薄膜储能密度的关键。本项目提出，以铁电BaTiO3、反铁电(PbLa)(ZrTi)O3纳米粒子和聚偏氟乙烯（PVDF）复合体系为研究对象，根据界面调控的要求理性设计具有优化空间构型和电荷分布的有机大分子，利用有机分子间的超分子作用在纳米粒子表面形成显微结构、电荷密度可控的超分子界面层。理论（第一性原理、相场方法）与实验相结合，跨尺度研究有机分子在氧化物纳米粒子表面自组装行为，探明超分子界面层对氧化物/聚合物复合电介质薄膜介电性能的影响规律，制备出储能密度 > 30 J/cm3的复合电介质薄膜，优化出高储能密度复合电介质薄膜的连续一致化制备工艺。

结项摘要

具有超高能量密度的电介质材料是电磁炮、电磁弹射等高能武器系统中无可取代的关键储能材料。复合电介质材料中界面是决定其介电储能性能的关键因素。本项目围绕界面层修饰及介电性能影响、界面精细结构的原位表征及计算模拟、微-介观界面结构设计及机理探究、复合电介质薄膜的规模化制备等方面取得了若干重要的研究成果：.（1）在超分子界面层修饰及介电性能影响方面，通过“原位自组装”的方法对纳米氧化物填料进行表面修饰，深入探究了不同形态超分子改性对聚合物基体和纳米氧化物填料相互作用的影响规律，并结合第一性原理计算解析了界面区电荷密度分布和电荷转移等情况，探明了超分子界面修饰层对复合薄膜介电、储能特性的影响规律；.（2）在界面精细结构的原位表征及计算模拟方面，通过在无机/聚合物界面处进行超分子改性，实现复合材料两相的相容改性和界面结构设计与调控。综合运用高分辨电子显微镜（HRTEM）、压电力显微镜（PFM、SKPM）、纳米微区红外吸收光谱（Nano-IR）等技术手段实现了对无机/聚合物界面显微结构和物性表征，并结合相场计算和第一性原理计算解析了无机/聚合物界面的微观极化机理；.（3）在微-介观界面结构设计及机理探究方面，基于对超分子微观界面层结构的解析与作用机制的认识，进一步进行介观界面结构设计。采用非平衡态制备方法，设计并制备了拓扑结构调制的多层/梯度结构复合材料，进一步提升了复合电介质的综合介电性能，并结合相场模拟解析了介观界面的击穿极化机制。.（4）在复合电介质材料连续制备及原型器件方面，发展了复合电介质薄膜的非平衡态快速制备方法，实现了高介电常数复合电介质薄膜的小批量试制，并采用卷绕工艺试制部分原型器件，探明了高介电复合电介质薄膜用于薄膜电容器的若干主要技术障碍，为进一步完善复合电介质的电容器初步奠定了基础。.本课题获授权中国发明专利2项，申请发明专利3项，在高水平学术期刊发表论文22篇，包括Nature Communications （1篇）、Advanced Materials （3篇）、Materials Today（1篇）、Advanced Energy Materials（2篇）等。

项目成果

期刊论文数量（22）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Enhanced electrocaloric strength of P(VDF-TrFE-CFE) induced by edge-on lamellae
边缘片层诱导的 P(VDF-TrFE-CFE) 电热强度增强
  • DOI：
    10.1039/c9tc00239a
  • 发表时间：
    2019-03
  • 期刊：
    Journal of Materials Chemistry C
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Qian Jianfeng;Guo Mengfan;Jiang Jianyong;Dan Zhenkang;Shen Yang
  • 通讯作者：
    Shen Yang
Phase-field modeling and machine learning of electric-thermal-mechanical breakdown of polymer-based dielectrics
聚合物电介质的电热机械击穿的相场建模和机器学习
  • DOI：
    10.1038/s41467-019-09874-8
  • 发表时间：
    2019-04-23
  • 期刊：
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    16.6
  • 作者：
    Shen, Zhong-Hui;Wang, Jian-Jun;Shen, Yang
  • 通讯作者：
    Shen, Yang
High electrocaloric cooling power of relaxor ferroelectric BaZrxTi1-xO3 ceramics within broad temperature range
驰豫铁电 BaZrxTi1-xO3 陶瓷在宽温度范围内具有高电热冷却能力
  • DOI：
    10.1016/j.scib.2018.02.016
  • 发表时间：
    2018-03-30
  • 期刊：
    SCIENCE BULLETIN
  • 影响因子：
    18.9
  • 作者：
    Qian, Jianfeng;Hu, Penghao;Shen, Yang
  • 通讯作者：
    Shen, Yang
Polymer nanocomposite dielectrics for electrical energy storage
用于电能存储的聚合物纳米复合电介质
  • DOI：
    10.1093/nsr/nww066
  • 发表时间：
    2017-01-01
  • 期刊：
    NATIONAL SCIENCE REVIEW
  • 影响因子：
    20.6
  • 作者：
    Shen, Yang;Zhang, Xin;Nan, Ce-Wen
  • 通讯作者：
    Nan, Ce-Wen
Enhanced electrocaloric strength in P(VDF-TrFE-CFE) by decreasing the crystalline size
通过减小晶体尺寸增强 P(VDF-TrFE-CFE) 的电热强度
  • DOI：
    10.1016/j.jmat.2019.04.001
  • 发表时间：
    2019-09-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF MATERIOMICS
  • 影响因子：
    9.4
  • 作者：
    Qian, Jianfeng;Jiang, Jianyong;Shen, Yang
  • 通讯作者：
    Shen, Yang

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死亡启动影响自我参照记忆的年龄差异
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  • 作者：
    刘彧宏;张金吒;沈洋;闫金铎;侯载英;毛春;赵文波
  • 通讯作者：
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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