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聚合物电介质以其柔性、轻质、高击穿强度、易于加工等众多优点而被广泛使用在介电储能领域。双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）作为当下薄膜电容器最主要的介质材料,虽然具备优异的介电性能,但其允许的工作温度低于105℃,远远无法满足当下电动汽车、航空航天等领域对于电容元器件的高温需求,故而研发可在高温下（≥150℃）稳定使用的介电薄膜材料已经迫在眉睫。本论文采用高效工艺——离子交换法,聚酰亚胺（PI）经过表面水解、离子交换、再亚胺化等步骤后,宽带隙氧化物被原位生长在PI的上下表面,制备出具有三明治结构的氧化物纳米夹层复合材料,该材料明显不同且优于以往三明治结构聚合物复合薄膜。分析FTIR谱可知,水解前后、亚胺化前后PI表面基团的吸收峰发生了明显的变化,证实了水解与亚胺化过程的发生。再通过EDS、XPS等表征手段,确认了所生长纳米层的物质属性,证实了金属离子均形成相应的氧化物。此外,SEM表征表明氧化物层与聚合物基体结合紧密,自身致密,且厚度均匀可被精确调控。其后,本论文系统研究了氧化物纳米层的厚度与带隙宽度对复合材料的高温介电性能与储能性能的影响。可以发现,250℃时氧化物夹层PI复合材料介电常数随频率上升的同时,介质损耗明显下降。复合薄膜的介电性能随纳米夹层厚度增加先上升而后下降,存在明显的极值关系。值得注意的是,宽带隙的Mg O（～7.8 e V）夹层可显著降低复合材料在高温下的漏电流,250℃、125 MV/m时复合薄膜的漏电流密度从PI对应的1.75×10-5 A/cm2下降到7.65×10-8 A/cm2。介电性能的全面提升使得复合薄膜的储能性能得到了极大的改善,如250℃时Mg O夹层PI复合材料储能效率在90%以上的最大储能密度达到了4.65 J/cm3,是相同情况下PI储能密度的7.5倍。此外,宽带隙的ZrO2（～5.2 e V）,Sr O（～6.9 e V）也可显著降低PI基体在高温高场下的漏电流,从而提高复合薄膜在高温下的储能效率和密度。通过对比三种氧化物纳米夹层PI复合薄膜,可以发现,聚合物的高温电容性能与氧化物层的带隙宽度直接相关,其中带隙最宽的Mg O对应的复合材料的绝缘性能最好,相应的储能性能也最好。宽带隙材料可以显著提高电极与介质之间的能级势垒,有效抑制高温高场下电极电荷的注入。综上所述,采用离子交换法制备的绝缘层夹层结构复合材料,实现了高温下储能密度和储能效率的同时大幅度提高,从而有望省略传统的冷却系统,更有利于器件轻量化和小型化。此外,这项工作也为制备应用于特种环境的高性能聚合物电介质提供了一种新的思路。