聚偏氟乙烯(PVDF)由于其本身优异的压电、热释电和铁电性能,受到越来越多来自不同领域科研工作者的关注。通常,PVDF半结晶高聚物有五种不同的晶型包括:α、β、γ、δ和ε相,其中β相具有最大的偶极矩、压电系数和介电常数。同时,PVDF基复合材料表现出良好的物理机械性能、易加工性、化学稳定性和高生物相容性等特点,使它们在柔性存储器、传感器和电子皮肤等领域具有非常大的应用前景。为了弥补PVDF本身介电常数低的缺点以扩大其应用范围,研究者们通过添加高介电常数的陶瓷或导电填料,不断优化和改进,获得一系列具有优异介电性能的复合材料。但这些方法在提高复合材料介电常数的同时,也带来诸多的问题,比如介电损耗增加、机械强度变差、击穿强度降低等。为了改善PVDF基复合体系的介电性能,在获得较高介电常数的同时,尽量保证较低的损耗、较高的机械强度和击穿强度,本文通过引入高介电常数陶瓷和高导电性碳材料,结合表面修饰处理、多相复合和多层薄膜构建等方法,制备出一系列具有高介电常数和低损耗的PVDF基复合薄膜材料。具体工作内容如下:1.利用表面修饰的多壁碳纳米管和钛酸钡粒子构建PVDF基三相体系。通过表面修饰,一方面增强了填料在PVDF基体中的分散性与相容性,同时增强了粒子和基体之间的界面相互作用,通过相分离和热压方法制备的三相复合薄膜表现出较高的介电常数和较低的介电损耗,同时薄膜表现出改进的机械拉伸特性。2.利用具有高共轭度和优异分散性的电化学剥离石墨烯与表面修饰的氮化硼构建PVDF基三相体系。由于电化学剥离法制备的石墨烯本身具有较高的共轭度,因此其本身具有极高的导电性。同时,石墨烯边缘含氧官能团的存在使其具有良好的分散性,可与PVDF之间形成氢键以增强两者之间的界面相互作用,因此通过溶液铺膜法制备的两相薄膜表现出较低的阈值,并且在较低石墨烯添加量时表现出较高的介电常数(591)和较低的损耗(1.21)。继而引入表面修饰的氮化硼,其优异的分散性降低了石墨烯片层之间的接触概率,两者的协同效应使三相体系的介电常数增大到6655,且介电损耗降低至0.83。同时,三相复合体系还表现出良好的导热性(1.33 W m-1 K-1),是PVDF薄膜(0.234 W m-1 K-1)的5.68倍。3.为进一步降低电化学剥离石墨烯与PVDF两相体系的介电损耗,基于电化学剥离石墨烯较高的共轭度,通过非共价键改性引入羧基基团,增强其与PVDF基体相互作用的同时,降低了石墨烯片层形成导电通路的概率,通过与氧化石墨烯和化学还原法制备的石墨烯对比,羧基改性的电化学剥离石墨烯与PVDF两相体系表现出较高的介电常数(480)和较低的介电损耗(0.27),并通过假设模型对复合体系的介电行为进行了解释。4.为了消除导电填料形成导电通路的可能,进一步降低PVDF体系的介电损耗,我们通过旋涂、喷涂及热压的方法设计了 MXene(Ti3C2Tx)/PVDF多层薄膜,由于PVDF良好的绝缘特性,薄膜在保证较高介电常数(41)的前提下,损耗降低至0.028,甚至低于纯PVDF薄膜。同时,该多层结构复合体系可以在较宽频率范围内表现出较高的介电常数,即使在1 MHz时,仍然可以保持较高的介电常数(32.2),是1 kHz下介电常数的78.4%。同时,多层薄膜还保持着较高的击穿强度,表现出较高的放电能量密度和效率,为制备高介电、低损耗及高储能的材料提供了一种新的设计思路。