近年来,聚合物由于本身具有质轻价廉,耐化学腐蚀性能、加工性能良好等优点,且普遍表现出高度的电绝缘特性,使得与其相关的复合材料被广泛地应用于电子设备的制造过程中,因而受到了众多研究者的关注。通过向聚合物基体中引入介电功能填料,可以极大幅度地提升复合材料的介电常数,但与此同时带来的材料介电损耗的增加,却限制了它们在实际生活中的应用。为了解决这一问题,最有效的手段是制备具有特殊“核-壳”结构的杂化功能填料。利用填料的“外壳”部分作为体系的过渡层,从而缓解了材料内部区域间巨大的性能差异。以此为基础,本论文重点研究了杂化填料的界面结构设计对复合材料介电性能的影响,并最终制备得到了具有高介电常数和相对低介电损耗的聚合物基介电复合材料,这对未来柔性储能设备的进一步研发具有十分重要的现实意义。本论文结合氧化锌(Zinc oxide,ZnO)与氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)两种半导体材料,制备了具有不同“核-壳”结构的杂化功能填料,并将其引入到聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)基体中。通过对比相关复合材料样品结构与性能间的差异,从材料内部多重界面结构的构筑、杂化填料“核-壳”结构的设计、以及填料“外壳”部分性质的调控三个角度出发,研究了不同杂化填料对复合材料介电性能的影响,进而建立起了材料内部界面极化行为的理论模型。其主要的研究结果如下:(1)利用聚多巴胺(Polydopamine,PDA)的粘结特性,成功制备了一种以四针状氧化锌晶须(Tetra-needle like zinc oxide whisker,T-ZnO_w)为“核”,GO为“壳”的半导体杂化填料,并将其引入到PVDF基体中。进一步研究了杂化填料的结构与性质,发现GO对T-ZnO_w的表面包覆使制备得到的杂化填料获得了更好的均匀分散性能。同时,PDA的引入也确保了杂化填料的特殊“核-壳”结构能够在复合材料体系内稳定存在。使用宽频介电阻抗谱仪对相关复合材料样品的介电性能进行了表征分析,结果发现,在一定范围内增大杂化填料的使用含量将使复合材料的介电常数和介电损耗同时增加;而改变杂化填料各组分的使用比例则进一步实现了对复合材料介电性能的调控。对比几种复合材料体系,不难看出在提升材料介电常数方面,GO与改性T-ZnO_w之间表现出了极为杰出的协同作用效率。当外加交变电场频率为100 Hz时,PVDF/T-ZnO_w@PDA@GO复合材料体系中样品最大的介电常数为16795.30,介电损耗为1.06,此时杂化填料对复合材料介电常数提升的协同作用效率高达18364.80%。(2)利用GO与ZnO纳米颗粒间的氢键相互作用,成功实现了两种半导体材料的杂化自组装,并基于此制备了一系列PVDF介电复合材料。研究发现,ZnO纳米颗粒的引入使复合材料内部GO片层的分散更加均匀,而复合材料结晶行为的表征结果则证明了GO@ZnO杂化填料对聚合物基体结晶的诱导成核作用。介电性能测试结果表明,少量ZnO纳米颗粒的引入就将导致PVDF/GO复合材料体系介电常数和介电损耗大幅度增加;但随着体系中ZnO纳米颗粒含量的继续增大,由于GO片层间的导电通路逐渐被增厚的ZnO半导体“外壳”所阻断,复合材料的介电常数轻微下降,介电损耗则显著降低。当体系中引入的ZnO纳米颗粒含量达到GO含量的10倍时,复合材料样品表现出最佳的综合介电性能。此时,在频率为100 Hz的交变电场作用下,PVDF/1GO@10ZnO复合材料的介电常数高达337.19,而介电损耗仅为0.46。(3)利用不同的表面改性剂,实现了对GO与ZnO纳米颗粒间相互作用的调控,进而实现了纳米粒子的自组装,并基于此制备了一系列PVDF介电复合材料。表面改性剂的引入很大程度上改善了ZnO纳米颗粒原本较差的分散性能,同时也赋予了杂化填料“外壳”不同的结构与性质。对比几种复合材料的介电性能发现,同样是用于构成具有半导体特性的杂化填料“外壳”,PDA-ZnO纳米颗粒表现出更强的界面极化促进作用,这使得相较于其它两种复合材料,PVDF/GO@A-ZnO复合材料的介电常数和介电损耗都明显更高。针对PVDF/GO@A-ZnO复合材料进行重点研究,发现随着体系中PDA-ZnO纳米颗粒含量的增加,该复合材料内部也会发生填料“外壳”阻断导电通路所引起的极化抑制现象。但由于PDA的存在增强了极化电荷的运动能力,体系需要引入更多的PDA-ZnO才能起到与单纯ZnO相类似的极化抑制作用。当交变电场频率为100 Hz时,PVDF/0.7GO@17A-ZnO复合材料的介电常数为192.20,而介电损耗则降低至0.20。