能量存储器件在现代电子科技迅速发展中具有重要的地位,尤其是在脉冲电源装置、混合动力系统等领域应用广泛。随着科学技术的日新月异,对材料储能特性的要求不断提高。因此具有高能量存储的材料特别是聚合物基柔性材料引起了更多科研工作者们的关注。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)作为基体材料,通过高储能导向无机纳米填充相的引入及复合介质的结构设计,给出一种提高聚合物基复合介质储能密度的研究方案。在全有机介质的研究中,借助淬火工艺对聚偏氟乙烯和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯二氟乙烯)(P(VDF-Tr FE-CFE))晶型进行优化处理,制备了以γ相为主的PVDF薄膜/P(VDF-Tr FE-CFE)薄膜/PVDF薄膜的三明治全有机介质。在此基础上,将中间层调整为P(VDF-Tr FE-CFE)纤维膜的三明治全有机介质,得到性能更加优异的PVDF薄膜/P(VDF-Tr FE-CFE)纤维膜/PVDF薄膜。结果表明,淬火后全有机介质的介电及储能特性得到了改善;P(VDF-Tr FECFE)纤维为中间层时不仅阻碍了电树枝的扩展,而且明显增强了全有机介质的极化强度,因此全有机介质具有较高的介电常数、击穿场强和优异储能特性。对于无机纳米填充相/聚偏氟乙烯复合介质而言,高储能无机纳米填充相的选择对其性能有巨大影响,因此选取恰当的无机填充相对复合介质的性能提升有着重要的意义。本文选取几种典型陶瓷颗粒及纳米纤维作为填充相,制备得到了聚偏氟乙烯基复合介质,系统研究了填充相种类及尺寸因子对复合介质性能的影响。探究发现,相比于钛酸铜钙陶瓷颗粒,钛酸铜钙颗粒表面生长四氧化三铁复合颗粒大幅度提高了聚偏氟乙烯基复合介质的介电常数,但由于四氧化三铁的引入造成复合介质的损耗增大、击穿强度下降,从而无法得到更优的储能特性。纳米纤维因其具有大长径比的优点,成为高导向高储能无机填充相的理想材料。通过静电纺丝技术,在制备得到三种典型纳米纤维填充相(二氧化钛、钛酸铜钙和锆钛酸钡钙纳米纤维)的基础上,系统研究了纳米纤维对聚偏氟乙烯基复合介质介电特性的影响。研究发现,对于钛酸铜钙/聚偏氟乙烯复合介质来说,当外加电场较小时,其储能密度提升明显,但由于钛酸铜钙与聚偏氟乙烯基体间的介电差异较大造成复合介质内部电场严重畸变,最终致使其击穿场强降低;而二氧化钛纳米纤维虽然与聚偏氟乙烯基体介电差异较小,但由于填充相较小的介电常数使得复合介质的储能特性提高有限。与以上无机填充相相比,处于准同相界区域的锆钛酸钡钙纳米纤维因具有适中的介电常数及较低的电导率,可以作为高储能导向无机填充相的理想材料。研究发现,在外加电场250 k V/mm时,锆钛酸钡钙/聚偏氟乙烯复合介质表现出良好的储能特性。在取得以上成果的同时,本文系统研究了不同体积分数锆钛酸钡钙纳米纤维对聚偏氟乙烯基复合介质的性能影响,实验结果表明当锆钛酸钡钙纳米纤维的填充量为7 vol.%时,复合介质具有较大的介电常数(100 Hz时,ε~17.6);而当锆钛酸钡钙纳米纤维的填充量为3 vol.%时,复合介质具有较好的储能特性(Ue~7.9 J/cm3,η≥58.3%);在此基础上,出于优化电场分布、提高击穿场强的考虑,设计和制备了聚偏氟乙烯/锆钛酸钡钙-聚偏氟乙烯/聚偏氟乙烯基三明治结构复合介质;研究发现,中间层纳米纤维的引入阻碍了电树枝在层间的扩展,从而降低击穿概率。基于此,根据导电-陶瓷复合颗粒增强复合介质极化特性的思路,通过对一系列工艺优化,制备得到外部生长铁酸钴粒子的锆钛酸钡钙(CFO@BZT-BCT)复合纳米纤维;且铁酸钴其具有一定的导电性,可以向复合介质内注入少量的电子,增加偶极子的数量,进而增大极化强度。因此,文中将三明治结构的中间层无机填充相调整为CFO@BZT-BCT复合纤维,研究发现,当CFO@BZT-BCT纳米纤维填充量为5 vol.%时,三明治结构会使复合介质内部的电场重新分布,复合介质此时表现出优异的介电特性(100 Hz时,ε~20.1,tanδ≤0.023;350 k V/mm时,Ue~11.3 J/cm3,η≥55.5%)。