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本论文以BaTiO3/PVDF无机有机两相电介质复合材料体系为研究对象,从相界面微观结构的调控出发,分别对无机相BaTiO3颗粒和有机相PVDF的表面功能化、两相间导电性差异以及无机颗粒与有机高分子链的结合方式开展实验和模拟研究,旨在获得高储能密度的聚合物基电介质材料。论文首先从无机相BaTiO3颗粒的表面功能化和颗粒结构设计两方面入手开展实验研究,以制备高储能密度BaTiO3//PVDF无机有机电介质复合材料;在此基础上,利用有限元法对BaTiO3//PVDF复合材料的介电性能进行模拟,得到BaTiO3/颗粒含量和结构参数对材料介电性能影响规律,以此指导材料的制备研究;还对材料两相界面的相互作用力和电荷分布进行模拟,探究复合材料储能性能提高的机理。最后通过部分消去反应,在PVDF分子链上获得导电的碳碳双键基团,实现有机相分子的结构功能化,以提高PVDF基体储能性能,研究取得如下重要结果。分别选用对硝基苯甲酸乙酯（EPNB）、顺丁烯二酸（cis-BA）和对氨基苯甲酸乙酯（EPAB）等试剂对50 nm和500 nm球形BaTiO3颗粒进行表面功能化实验研究,使其表面带有极性的羰基基团,通过对BaTiO3//PVDF复合材料的性能测试发现,EPNB和cis-BA的功能化作用较为显著,EPNB@BaTiO3（50 nm）/PVDF复合材料在1 kHz下的介电常数和储能密度分别为12.7和2.0 J/cm3,较未处理材料提高了 5%和46%;同样所得cis-BA@BaTiO3（500 nm）/PVDF复合材料的介电常数和储能密度分别为13.6和3.6 J/cm3,较未处理材料提高了 28%和125%。实验结果充分说明在BaTiO3颗粒的表面引入极性的羰基基团,对材料界面极化起到增强作用;进一步的分子动力学模拟结果证明,这两种复合材料在表面功能化前后,两相界面间的范德华力均有增加,分别增加了 33%和19%,同时显示出两相材料的界面电荷均呈不连续分布状态,这些结果证明无机相颗粒的表面功能化处理能够增强材料界面相互作用力并分散界面电荷,由此提高了 BaTiO3/PVDF复合材料储能性能。从设计与合成多形貌无机相BaTiO3颗粒的角度出发,采用溶剂热-离子交换法,分别制备了线状、片状和棒状的BaTiO3纳米颗粒,对由三种不同形貌颗粒形成的BaTiO3/PVDF复合材料介电和储能性能的研究发现线状BaTiO3//PVDF复合材料有更好的击穿性能,当BaTiO3/添加量为3 vol%时,材料击穿场强最高为417 kV/mm,是同含量片状和棒状BaTiO3/PVDF复合材料的2.1和2.5倍;继续增加BaTiO3/含量到10 vol%时,线状BaTiO3//PVDF复合材料的击穿场强虽略有降低为344 kV/mm,但其储能密度最高达到8.1 J/cm3。进一步采用cis-BA和EPNB分别对线状BaTiO3/颗粒进行表面功能化处理后,所得线状BaTiO3/（3 vol%）/PVDF复合材料的储能密度分别为14.6 J/cm3和11.7 J/cm3。复合材料性能提高的原因可解释为,所设计制备的纳米线状BaTiO3颗粒尺寸小且表面的弧度可与PVDF分子链的弧度相匹配,同时由于BaTiO3颗粒表面带有羟基基团,其可与PVDF分子的F原子形成氢键,协同作用的结果是诱导了PVDF分子链紧密地缠结在线状BaTiO3颗粒上,使得无机BaTiO3与有机PVDF两相间界面处形成了更紧密的结合,电荷容易被束缚,最终导致材料储能性能得到提高。利用多物理场耦合分析软件COMSOL对BaTiO3/PVDF复合材料的介电性能进行模拟研究,发现在较低含量时,球形BaTiO3/颗粒尺寸越小,所得复合材料界面处平均场强越低,使其耐高压能力越强,抗击穿性能越好,但随着BaTiO3含量增加,材料介电常数虽继续增大,但耐高压能力有所下降。对50 nm多孔BaTiO3/PVDF复合材料的介电性能模拟研究发现,在一定范围内,随孔隙率和孔径的增加,所得复合材料的介电常数单调增大,但耐高压能力呈先增后减趋势,当孔隙率增大到60%且孔深为16 nm时,材料的耐高压能力最强,说明多孔BaTiO3颗粒存在较优的孔结构参数,可使BaTiO3/PVDF复合材料介电性能最佳。最后,借助消去反应原理,用KOH溶液脱除PVDF分子链上部分H和F原子,形成导电的碳碳双键基团,以实现对有机相PVDF的微观调控。在水溶液中,以PVP为表面分散剂,制备了分子链上含有多烯结构的PVDF电介质材料（d-PVDF）。实验研究了消去反应温度、时间和KOH浓度对所得d-PVDF电介质材料储能性能的影响,发现提高反应温度、反应时间和KOH浓度所得材料的介电常数呈现先减小后增加的趋势,而击穿场强和储能密度表现为相反趋势,以80℃、6 h和0.81 mol/L KOH等条件较优,所得d-PVDF材料的介电常数达到10.8,介电损耗为0.024,导电率为13.8×10-9 S/m,击穿场强达到452 kV/mm,对应的储能密度最大为10.5 J/Cm3。材料的储能密度和电导率分别为处理前的4倍和2倍,该结果充分说明,改性PVDF分子链上的多烯结构,导致材料中形成了局域共轭π键,其中的电子在外电场作用下容易诱导迁移,最终的结果是d-PVDF的电导率提高。d-PVDF电介质材料是由含多烯结构的改性PVDF分子和未改性PVDF分子通过分子间相互作用力结合形成的两相有机介电复合材料,其中含多烯结构的改性PVDF分子为分散相,未改性PVDF分子为连续相,这种界面微观结构既可以利用两种分子界面间较大电导率差异引发的Maxwell-Wagner效应提高材料的储能性能,又不会增加材料介电损耗,保证了 d-PVDF电介质材料实用性。