本文以高介电常数的纳米无机颗粒钛酸钡(BaTiO3)和高击穿场强聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)为主要实验原料,采用溶液浇注法制备了有机/无机BaTiO3/PVDF复合材料；通过对BaTiO3颗粒表面改性处理和对复合材料进行结构设计,以不同途径提高复合材料的介电常数和击穿场强,进而提高材料的储能密度；在实验结果的基础上解释了材料电性能提高的机制,为高储能密度复合材料的制备提供理论依据。利用SEM、TEM、FTIR和DSC等分析手段对BaTiO3/PVDF复合材料材料进行表征,采用精密阻抗分析仪测试材料的介电常数和介电损耗,同时测得材料的介电常数和介电损耗随频率变化的频谱研究材料的极化机理,通过超高压耐压测试仪测试材料的介电击穿场强。通过对材料介电常数和击穿场强变化的研究得出材料的储能密度变化规律,获得高储能密度的复合材料。采用钛酸酯、PEG和Silica分别对100nm的BaTiO3进行表面改性处理,并对材料进行测试,实验结果表明,添加7 vol%钛酸酯改性的BaTiO3制得BaTiO3/PVDF复合材料的介电常数为14.8,击穿场强最大达到250kV·mm-1,储能密度是改性前的8倍；利用PEG包覆BaTiO3可有效改善BaTiO3与PVDF之间相容性并在材料内部产生较强的界面极化效果,可使材料的介电损耗降低至0.5,同时介电常数显著增加,当PEG含量为5 wt%且BaTiO3含量为33 vol%时,BaTiO3/PVDF复合材料的介电常数高达44,是改性前材料介电常数的2倍,高于纯PVDF的4倍,但由于材料击穿场强比较低,材料的储能密度没有明显提高；经过Silica包覆BaTiO3后所得复合材料介电常数的变化趋势与未改性复合材料相似,均随BaTiO3含量的增加而增大,但经过改性的复合材料突破了较高BaTiO3含量时复合材料击穿场强降低的瓶颈,当BaTiO3添加量为10 vol%时击穿场强达341 kV·mm-1, BaTiO3含量为33 vol%时,复合材料击穿性能仍表现良好,复合材料的理论储能密度和有效储能密度较改性前均有明显提高,其理论储能密度最高达到9.8 J·cm-3,释放能量密度可达5.4 J·cm-3,并且经包覆后复合材料的能量储存效率也相应提高。通过对各种改性剂的研究发现,不同的官能团在无机颗粒和聚合物基体之间相连可增加两种材料的相容性,使聚合物基体的链迁移率降低,捕获电子的陷阱增加,导致复合材料的击穿场强增高；当改性剂具有不同电导率时,无机颗粒周围还会产生界面极化,导致复合材料的介电常数升高；改性剂还可以增大无机颗粒的比表面积,不但改善了其与聚合物基体的结合性,还可以抑制在添加大量无机颗粒时由于聚合物与无机颗粒之间的收缩率差异导致的材料内部裂纹的形成,在无机颗粒体积含量较大时仍可保持高的击穿场强。根据实际需要采用不同的改性剂改性无机颗粒能够通过不同的方式提高材料的击穿场强或介电常数可以达到提高材料储能密度的目的。本文还提出通过对材料进行结构设计,制备出具有介电梯度的多层复合材料也可提高材料的介电常数和击穿场强,进而提高材料的储能密度。分别利用干膜和湿膜两种工艺制备了这种结构的BaTiO3/PVDF复合材料,采用干膜工艺制备复合材料的介电常数提高明显,PBP型三层复合材料的介电常数比同体积含量的单层材料提高2倍,PB型两层复合材料介电常数比同体积含量的单层材料提高1.5倍,但由于材料击穿降低,材料的储能密度未有提高；采用湿膜工艺法制备的多层复合材料的介电损耗有所减小,且交替结构多层复合材料击穿场强增加较为明显,在BaTiO3含量为20 vol%时,五层交替结构复合材料的击穿场强仍可达280 kV·mm-1,储存能量密度最高达12.5 J·cm-3,其释放能量密度为3.8 J-cm3。对多层复合材料的研究发现,通过对材料进行结构设计,可以利用材料层间的介电差异产生界面极化,从而增加材料整体的极化强度,复合材料的介电常数得以提高；当多层材料的界面存在混溶的过渡区域时,材料的界面极化强度削弱,可使材料的介电损耗降低,形成高击穿层包围低击穿层的结构,这种结构使载流子在低击穿层内分布数量减少,导致载流子被高击穿层和层间捕获的数量变大,并且低的介电损耗可有效避免材料的热击穿,从而使材料的击穿场强提高。利用多层复合材料特有的原理可以提高材料的介电常数和击穿场强,以此获得高的储能密度。