近年来构建纳米结构的表面改性方法成为改善材料物理、化学性能的重要方式,然而表面改性引入的界面电荷效应成为限制材料发展的重要因素。高性能的绝缘材料及储能介质是先进电气设备及能源存储的基石和先导,表面改性调控界面电荷的目的主要是抑制或增加界面电荷产生,从而提升相应的材料性能。抑制界面电荷注入与积聚是介质绝缘性能调控的重要手段,而通过表面改性方法增加界面电荷是提高介质储能密度的重要方式。高效、简便的表面改性方法和界面电荷调控机理是目前本学科的重要发展方向和前沿研究课题。环境友好的低温等离子体技术在表面改性和杂原子掺杂等方面具有显著优势,受到国内外研究人员的重视。因此,本文基于射频等离子体表面改性方法对固-液界面电荷抑制及促进两方面进行研究,一方面实现抑制电荷注入和转移,提升液体介质的冲击绝缘性能,另一方面对石墨烯电极材料进行原子掺杂及形貌调控,加速其界面电荷转移,进一步提升材料的储能密度。采用密度泛函理论（density functional theory,DFT）计算方法,研究了界面调控的微观作用机制,主要研究工作如下:在铜电极上构建了100 nm的SiO2薄膜,测量了表面改性前后的表面形貌变化,以及碳酸丙烯酯的冲击击穿特性和空间电荷分布情况,分析了电极表面沉积SiO2前后液体电介质的电荷注入变化规律,通过DFT计算研究电极表面改性对固液界面电荷转移的影响机制。研究发现,在电极表面沉积SiO2薄膜后液体的冲击击穿电压和击穿时间都有显著的改善。铜电极下碳酸丙烯酯的空间电荷具有双极电荷注入模式,SiO2薄膜显著地抑制了电极向液体的注入空间电荷,抑制了放电发展的起始阶段,从而提升液体的冲击电压。基于DFT计算分析了介质薄膜对液体界面势垒以及电极材料功函数的影响规律,结果表明电极表面沉积SiO2纳米薄膜后电荷被束缚在SiO2层中,阻止了界面电荷转移,增加了电极的功函数。该结果推广了等离子体改性技术的应用领域,也为提高液体绝缘性能提供了新思路。选取铜、铝和不锈钢三种电极材料作为研究对象,测量TiO2薄膜对不同电极表面改性下液体的冲击绝缘特性,分析不同电极材料表面改性对液体绝缘的影响机制,对比SiO2和TiO2薄膜不同薄膜对电极表面在提升液体冲击绝缘性能方面的影响。结果表明,铝电极材料下液体的冲击击穿电压最低,铜电极相比铝电极时液体的冲击击穿强度提升5.8%,不锈钢下液体的冲击击穿电压比铝电极时提升12.6%,三种电极表面改性后液体的冲击击穿电压都有不同程度的提升,击穿时间也都有明显的延后现象。TiO2和SiO2两种薄膜都具有空间电荷抑制作用,电极材料和介电薄膜共同作用下液体提升幅值最高可达13.8%。基于液体空间电荷测量结果提出了一种液体中电荷迁移率的测量方法,发现电极表面改性后液体中电荷迁移率由6.75×10-7 m~2 V-1·s-1降低到5.14×10-7 m~2 V-1·s-1,电荷注入深度降低,从x/d=0.21降低到0.16,表明薄膜改变了电极和碳酸丙烯酯之间的界面势垒,大大减少了空间电荷注入量。该结果揭示了界面调控对液体冲击绝缘性能影响的微观作用机制,为固-液界面设计提供了理论依据。分别建立TiO2纳米结构薄膜和TiO2纳米粒子掺杂的两种固-液界面,对纳米粒子和电极表面改性共同作用进行分析,结果表明,纳米掺杂后液体击穿电压提升仅有6.1%,电极表面改性后仅提升9.4%,而两者的共同作用击穿电压提升可达14.3%。并基于液体空间电荷测量分析两者的共同作用机理,结果表明TiO2纳米薄膜引入的界面抑制了电荷的注入过程,从而抑制了液相流注的种子电荷形成;而纳米粒子掺杂界面则影响了电荷的输运过程,在纳米粒子表面引入0.49 e V的势阱,在流注发展过程中,可以捕获快速移动的电子,则不利于液相流注的传输和发展,两者的共同作用使得液体的击穿电压进一步提升。基于射频等离子体对石墨烯基超级电容器电极材料表面改性和原子掺杂,并对等离子体处理后的样品表面形貌和理化成分进行定量观测。结果表明,与常规方法相比,已经在相对较低的温度下快速合成了硼和氮元素掺杂的石墨烯;通过电化学测试方法对硼和氮掺杂石墨烯进行储能特性测试表征,两者在0.2 A g-1时比电容显著提高,分别高达345 F g-1和365 F g-1,与等离子处理之前相比具有2-5倍的增长。光谱分析以及DFT计算结果表明,一方面等离子体激发的自由基及高能粒子运动在石墨烯表面产生刻蚀作用,增大了孔径比表面积。另外增加了石墨烯的掺杂含量和拓扑缺陷,有利于石墨烯电极与电解液的界面电荷传输,提升储能介质的比电容。基于射频等离子体实现了界面调控的多样性,获得了石墨烯基超级电容器大规模制备高效简便的途径。