●序一
序二
前言
第1章緒論1
1.1儲能技術與儲能電介質材料1
1.1.1儲能技術1
1.1.2電能儲存技術2
1.1.3儲能電容器與儲能電介質4
1.2儲能電介質材料基礎6
1.2.1電介質與絕緣材料6
1.2.2固體電介質性能基本參數7
1.2.3儲能聚合物復合電介質特征13
1.2.4電介質儲能過程與儲能密度15
1.2.5儲能聚合物復合電介質現狀17
1.3儲能聚合物復合電介質若干關鍵問題20
1.3.1介電性能參數解耦調控策略21
1.3.2介電性能與其他性能協同調控23
1.3.3儲能薄膜規模化加工工藝與精細結構控制24
1.3.4復雜條件下儲能薄膜電氣性能與儲能特性演化規律25
1.4儲能聚合物復合電介質研究內容26
1.5本書內容安排27
參考文獻27
第2章儲能電介質基礎理論35
2.1電介質電極化理論35
2.1.1偶極子與偶極矩35
2.1.2極性與非極性電介質36
2.1.3電極化與極化率37
2.1.4電極化與頻率關繫39
2.1.5電極化與溫度關繫46
2.1.6電極化與電介質損耗49
2.1.7介電數據分析工具——電模量50
2.2電介質電容特性與儲能特性52
2.2.1電容特性理論52
2.2.2儲能特性理論53
2.2.3電極化、電位移與儲能特性54
2.3電介質充放電特性56
2.3.1充放電特性測試方法56
2.3.2電極化與電場關繫58
2.3.3儲能電介質放電行為60
2.3.4不同電介質的充放電特征65
2.4本章小結69
參考文獻69
第3章聚合物介電特性基礎理論72
3.1聚合物介電常數與介電損耗72
3.1.1聚合物結構特點72
3.1.2聚合物電極化78
3.1.3影響聚合物介電常數的因素83
3.1.4聚合物介電常數調控88
3.1.5聚合物介電松弛91
3.1.6聚合物介電譜94
3.1.7聚合物介電損耗調控97
3.2聚合物介質電導與擊穿98
3.2.1聚合物介質電導機理98
3.2.2聚合物介質電擊穿99
3.2.3聚合物介質熱擊穿100
3.2.4聚合物介質局部放電100
3.2.5聚合物介質電-機械擊穿101
3.2.6聚合物介質樹枝化擊穿102
3.2.7聚合物介質結構與擊穿關繫103
3.2.8影響聚合物介質擊穿電壓的環境因素106
3.2.9改善聚合物介質耐壓能力的方法106
3.3本章小結107
參考文獻107
第4章儲能聚合物電介質結構與性能109
4.1聚偏氟乙烯鐵電聚合物111
4.1.1PVDF鏈構型與結晶相111
4.1.2PVDF介電性能113
4.1.3PVDF儲能特性116
4.2P（VDF-TrFE）與P（VDF-TFE）共聚物118
4.2.1直接共聚制備P（VDF-TrFE）118
4.2.2氫化工藝制備P（VDF-TrFE）122
4.2.3P（VDF-TFE）結構與性能128
4.3PVDF基弛豫鐵電聚合物129
4.3.1PVDF基三聚物129
4.3.2P（VDF-TrFE-DB）共聚物134
4.4PVDF基反鐵電聚合物136
4.4.1PVDF和P（VDF-TrFE）反鐵電行為136
4.4.2P（VDF-CTFE）-g-PS結構與性能137
4.4.3P（VDF-TrFE-CTFE）-g-PXMA結構與性能139
4.5儲能線性聚合物電介質140
4.5.1非極性/弱極性聚合物電介質141
4.5.2極性聚合物電介質143
4.5.3改性PVDF基線性電介質145
4.6本章小結146
參考文獻146
第5章儲能復合電介質性能調控理論153
5.1復合電介質極化與損耗153
5.1.1並聯復合電介質極化與損耗155
5.1.2串聯復合電介質極化與損耗157
5.1.3均勻混合電介質極化與損耗158
5.1.4考慮電導串聯復合介質充放電特性159
5.2有效介質理論163
5.3復合效應理論164
5.3.1低填充量時復合效應164
5.3.2高填充量時復合效應166
5.4逾滲效應理論170
5.4.1逾滲效應與介電性能170
5.4.2球形顆粒填充復合電介質特征171
5.4.3一維/二維顆粒填充復合電介質特征173
5.4.4逾滲效應連通型式174
5.5本章小結176
參考文獻177
第6章儲能復合電介質結構性能理論模擬179
6.1復合電介質多尺度模擬計算方法179
6.1.方法179
6.1.2相場模擬方法182
6.1.3分子動力學方法184
6.1.4蒙特卡羅方法187
6.1.5第一性原理計算方法189
6.2多尺度模擬在介電儲能領域的應用191
6.2.1微結構模擬與性能預測191
6.2.2微觀機理與宏觀性能耦合分析197
6.2.3材料設計及性能優化201
6.3介電材料基因工程與高通量篩選205
6.4本章小結206
參考文獻207
第7章儲能聚合物復合電介質設計與制備209
7.1填充相分散與分布特征模型209
7.1.1串並聯模型209
7.1.2考慮填料形狀修正的Maxwell-Garnett方程210
7.2聚合物復合電介質多尺度結構特征211
7.2.1填料納尺度211
7.2.2界面微尺度218
7.2.3斷面顯微結構220
7.3聚合物復合電介質結構設計與制備221
7.3.1隨機分散兩相與三相復合電介質221
7.3.2取向分散復合電介質222
7.3.3陣列結構復合電介質223
7.3.4多層結構復合電介質225
7.4聚合物復合電介質固相法制備工藝228
7.4.1直接共混制備228
7.4.2熔融混合制備229
7.4.3多層共擠制備230
7.5聚合物復合電介質液相法制備工藝231
7.5.1溶液法制備231
7.5.2原位聚合制備232
7.6儲能聚合物復合電介質與規模化加工工藝233
7.7本章小結233
參考文獻234
第8章介電陶瓷顆粒/聚合物儲能復合電介質239
8.1介電陶瓷顆粒/聚合物復合電介質特征239
8.2復合電介質介電性能的頻率和溫度依賴性240
8.2.1介電性能頻率依賴性240
8.2.2介電性能溫度依賴性243
8.3復合電介質介電性能與組成依賴性247
8.3.1陶瓷顆粒組成及其影響248
8.3.2陶瓷顆粒填充量的影響251
8.4復合電介質介電性能與填充顆粒尺度依賴性255
8.4.1超細尺寸納米顆粒255
8.4.2納米尺度顆粒260
8.4.3微納尺度共填充263
8.5復合電介質介電性能與填充顆粒形貌依賴性265
8.5.1零維球形顆粒266
8.5.2一維線/棒顆粒267
8.5.3二維片狀顆粒269
8.6其他因素對介電儲能特性影響271
8.6.1復合材料制備工藝差異性271
8.6.2填料與基體界面性能差異性272
8.6.3特殊結構陶瓷填料272
8.7介電陶瓷顆粒/聚合物復合電介質儲能特性274
8.8本章小結275
參考文獻276
第9章導電顆粒/聚合物儲能復合電介質283
9.1導電顆粒/聚合物復合電介質特征283
9.2復合電介質介電性能的頻率和溫度依賴性284
9.2.1介電性能頻率依賴性285
9.2.2介電性能溫度依賴性285
9.3復合電介質介電性能與組成依賴性287
9.3.1導電填料種類及其影響287
9.3.2導電填料含量影響289
9.4復合電介質介電性能與填料電導率依賴性292
9.4.1介電常數的電導率依賴性292
9.4.2介電損耗的電導率依賴性294
9.5復合電介質介電性能與填料形貌依賴性295
9.5.1零維球形顆粒295
9.5.2一維線/棒顆粒297
9.5.3二維片狀顆粒307
9.6導電顆粒/聚合物復合電介質儲能特性312
9.7本章小結313
參考文獻314
第10章儲能全有機復合電介質320
10.1全有機復合電介質特征320
10.2有機介電填料/聚合物復合電介質321
10.2.1物理直接共混型電介質321
10.2.2化學接枝復合型電介質324
10.2.3增容偶聯復合型電介質326
10.3有機導電填料/聚合物復合電介質329
10.3.1導電球形有機填料330
10.3.2導電線棒形有機填料333
10.4聚合物共混復合電介質335
10.4.1熱塑性/熱塑性復合電介質335
10.4.2彈性體/熱塑性復合電介質341
10.5全有機復合電介質儲能特性344
10.6本章小結345
參考文獻345
第11章核殼結構填料/聚合物儲能復合電介質348
11.1聚合物復合電介質界面模型348
11.1.1界面基本特征348
11.1.2Lewis雙層介電模型350
11.1.3Tanaka多核介電模型351
11.2核殼結構功能填料設計與制備352
11.2.1無機殼層353
11.2.2有機殼層357
11.3核殼結構功能填料對復合電介質性能影響361
11.3.1對介電性能影響362
11.3.2對擊穿電場影響366
11.3.3對充放電效率和放電能量密度影響368
11.4本章小結371
參考文獻371
第12章儲能聚合物基三相復合電介質377
12.1三相復合電介質特征377
12.2雙功能顆粒/聚合物三相復合電介質380
12.2.1介電相-導電相/聚合物復合電介質380
12.2.2介電相-介電相/聚合物復合電介質395
12.3單功能顆粒/雙聚合物三相復合電介質398
12.3.1介電相顆粒/雙聚合物復合電介質401
12.3.2導電相顆粒/雙聚合物復合電介質401
12.4全有機三相復合電介質406
12.5本章小結409
參考文獻409
第13章特異結構儲能聚合物復合電介質414
13.1取向結構儲能聚合物復合電介質414
13.1.1機械拉伸取向414
13.1.2電磁場作用取向419
13.1.3誘導生長取向421
13.2三維網絡結構儲能聚合物復合電介質423
13.3多層結構儲能聚合物復合電介質425
13.3.1高耐壓中間層425
13.3.2高介電中間層427
13.3.3梯度層狀結構428
13.4分級結構儲能聚合物復合電介質429
13.4.1草莓狀分級結構功能填料429
13.4.2花瓣狀分級結構功能填料433
13.4.3球棒結合分級結構功能材料434
13.5本章小結436
參考文獻437

儲能技術已成為全球關注的重要問題，主要包括化學儲能技術和物理儲能技術。在物理儲能技術中，基於電介質材料的薄膜電容器物理儲能技術越來越受到科技界的關注。本書主要從基礎理論出發，重點介紹儲能聚合物電介質及其聚合物復合電介質的設計、制備、結構與性能關繫。本書共包括四個部分：第一部分（第1章）介紹基本概念、存在問題、重點研究內容及發展方向；第二部分（第2~6章）介紹儲能電介質基本特性、基礎理論及結構與性能的調控理論；第三部分（第7~10章）重點討論儲能電介質設計、制備及其結構與性能關繫；第四部分（第11~13章）是第二、第三部分內容的延伸和提升，介紹獲得高儲能聚合物復合電介質的重要途徑。本書適合能源互聯網新能源技術、輸配電新技術、脈衝功率技術、電磁彈射技術、優選電動汽車及現代重大科學研究計劃等涉及物理儲能薄膜電容器相關領域的科技工作者閱讀，也可供高等院校、科研機構和相關企業從事儲能電介質新材料和高等