建大新闻网讯    近日，我校机电工程学院王争东副教授“新能源电工材料与储能技术”培育团队在功率半导体器件封装与储能电介质聚合物材料研究中取得重要进展，相关成果分别发表于国际知名期刊Chemical Engineering Journal、Small、ACS Applied Materials & Interfaces，封面论文。上述论文均以西安建筑科技大学为独立完成单位，王争东副教授为通讯作者，机电工程学院硕士研究生刘博涛、王然、刘晨昕分别学生第一作者。

聚合物电介质薄膜电容器具有极高的能量转换速率，在电磁能装备、电力电子以及新能源装备等领域具有关键作用。随着装备、器件往紧凑化、轻量化、工作环境极端化方向发展，对聚合物电介质薄膜的储能密度以及耐高温性能提出了更高要求。针对这一挑战，研究团队提出一种通过低空间位阻效应诱导液晶域有序排列的分子工程策略，成功构建了稳定的亲电聚合物结构并制备出耐高温聚合物薄膜，有效解决了“绝缘和导热的互为矛盾”问题。

该聚合物薄膜在150℃高温环境下仍能保持7.6 J/cm³的高放电能量密度，其高温性能达到商用最佳BOPP薄膜室温性能的数倍，并在10000次充放电循环后仍保持稳定的储能性能。材料同时具备良好的击穿自愈性和结构完整性，本征热导系数达到0.396 W·m⁻¹·K⁻¹，显著抑制了高场循环运行时的热量积聚，提高了器件的可靠性和使用寿命。这一突破为极端热条件下薄膜电容器的应用提供了重要材料基础，在新能源汽车、电力电子和电磁能装备等领域展示出广阔前景。

Chemical Engineering Journal是化学工程领域的国际顶级学术期刊，由Elsevier出版社发行，聚焦反应工程、能源转化、纳米技术、环境催化等前沿方向，2025年影响因子为13.2，属中科院一区TOP期刊。

随着功率模块向更高电压、更大集成度和更高功率密度方向发展，高温故障和封装材料中的内部放电击穿等问题日益突出。硅凝胶(SG)由于其优异的介电性能、机械强度和化学稳定性，广泛应用于电气绝缘封装。然而，由于其较低的热传导性能（热导率≤0.2 W/m·K），其在新一代功率半导体器件（如碳化硅SiC、氮化镓GaN）中的应用仍然受到限制。当前亟需开发高热导率、高绝缘的耐热强韧电介质材料，以支撑半导体功率器件快速发展的需求。

为了解决材料的电气绝缘性能和热传导性能难以同步提升的问题，团队提出了一种电荷陷阱-势垒协同策略，并利用有机电子受体1,4,5,8-萘四羧酸酐（NDA）对无机填料Al2O3（AO）进行改性，形成AO@NDA复合物，称为“能量耗散体”。它通过陷阱-势垒相互作用的协同效应限制载流子迁移率并耗散载流子能量，从而增强了复合材料的击穿强度。实验结果表明，AO@NDA的引入显著提高了复合材料的电气绝缘性能。例如，填充有15 wt.% AO@NDA的硅胶（SG）击穿强度达到18.7 kV/mm，比同载荷下的AO/SG提高了11.7%。此外，得益于其优异的热稳定性和传热性能，SG复合材料在高温电气绝缘性能方面也表现出色。这项工作为电力设备封装材料领域提供了一种新颖、有效且可扩展的方法。

Small是纳米与微米尺度研究的重要跨学科期刊，涵盖化学、材料、能源、生物医学等多个领域，2025年影响因子为13，在相关学术领域内享有较高声誉。

近年来，随着高性能电气设备需求的持续增长，特别是在功率半导体领域，开发兼具优异绝缘性、导热性和热稳定性的封装材料已成为当务之急。然而，如何在提升导热性能的同时增强介电强度，仍是当前技术攻关的重点难题。该研究通过引入苯基缩水甘油醚稀释剂，成功制备出有序液晶环氧树脂薄膜，并显著提升了材料的电热性能。当稀释剂添加量达到7%时，击穿强度达到144.43kV/mm，比对照组高出20.85%。特别值得注意的是，在150℃高温环境下，击穿强度仅比室温条件下降16.94%。材料的热导率和玻璃化转变温度也分别提升至0.393W·m⁻¹·K⁻¹和152.3℃，增幅达24.37%和4.6%。该创新方法为开发适用于高要求电气应用的高性能环氧树脂封装材料提供了可规模化解决方案。

ACS Applied Materials & Interfaces是美国化学会旗下专注于材料界面行为与应用的权威期刊，2025年影响因子为6.9，CiteScore指数为20.1，涵盖材料科学、化学工程及纳米技术等多个研究方向。

以上研究获得了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、陕西省教育厅服务地方项目及国家重点实验室开放课题等多项基金的资助。

文字、图片：王争东团队（机电工程学院）

编辑：李孟洁