金属化膜电容器因其具备高功率密度、快速充放电能力以及优异的加工性能，在电力系统与医疗设备等能量存储设备中发挥着不可替代的重要作用。近年来，随着可再生能源技术和电磁发射系统的快速发展，对薄膜电容器的需求持续增长，同时对其能量存储性能也提出了更高要求。然而，现有聚合物基薄膜材料普遍存在能量密度偏低的问题，难以适应现代电力电子及医疗设备对轻量化、小型化和高度集成化的严苛要求。因此，亟需开发兼具高能量密度与低能量损耗的新型聚合物基储能电介质材料。

近日，西安交通大学化学学院张志成教授团队联合西安交通大学第二附属医院高登峰教授团队提出了一种创新策略，通过刚性萘环的自由体积与能带结构的协同调控机制，有效解耦偶极玻璃态聚合物中高能量密度与高能量损耗之间的矛盾。研究团队通过将2-乙烯基萘（2-VN）与甲基丙烯酸甲酯（MMA）共聚合，成功合成了一种新型无规共聚物P(MMA-VN)。共聚引入的刚性萘环结构有效增大了甲基侧基的自由体积，提升了聚合物的极化能力，并显著抑制了弛豫损耗。此外，萘环对能级结构的调控引入了陷阱能级，增强了载流子俘获能力，有效降低了漏导损耗以及热击穿与电击穿的风险。当VN含量为5 mol%时，材料的储能性能最优，其在800 MV/m的电场下展现出优异性能，能量密度高达19.3 J/cm?，放电效率超过89%，在绝大数已报道的聚合物基介电材料中处于领先水平。所制备的P(MMA-VN)介电材料在实现高能量密度与高放电效率协同提升的同时，兼具优异的溶液加工性及热/机械稳定性，具备良好的规模化制备潜力，是面向电动汽车、可再生能源系统与柔性电子器件等领域先进电容器的理想候选材料。此外，该设计策略具有较强的普适性，可拓展应用于其他聚合物体系，为开发新一代高性能介电材料提供了通用平台。该研究为提升薄膜电容器的能量存储性能开辟了新路径，展现出在介电能量存储领域的广阔应用前景。

相关研究成果以“自由体积和能带结构协同调控助力聚合物电介质高储能性能”（Synergistic Modulation of Free Volume and Band Structure Assist the High Energy Storage Performance of Polymer Dielectrics）为题发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。西安交通大学张志成教授、西安交通大学第二附属医院高登峰主任为论文的通讯作者，西安交通大学助理教授张美荣为论文第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费、国家资助博士后项目、教育部重点实验室开放课题等项目的资助。

原文链接： https://doi.org/10.1002/adfm.202506101

张志成教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/zhichengzhang/2

高登峰教授主页：https://www.xjtu.edu.cn/jsnr.jsp?wbtreeid=1632&wbwbxjtuteacherid=18