研究背景
纤维素及其衍生物介电材料被认为是下一代储能材料，其广泛应用有利于解决日益严重的环境污染问题。然而，制备耐击穿、高储能的纤维素基环保电介质材料仍具有一定的挑战。因此探索提高纤维素薄膜电击穿强度并降低介电损耗的新型环保介电储能材料具有重要的意义。
文章要点
本文报道了含有醋酸纤维素(CA)和碳化聚合物点(CPDs)的新型复合薄膜。CPDs与CA基体具有较强的氢键相互作用，其中CPDs作为物理交联点，增强了基体的缠结密度。复合膜的击穿强度(Eb)显著提高，添加0.1 wt%的CPDs可达到520.58 MV/m(比纯CA的321.94 MV/m高1.62倍)。在450 MV/m时，放电能量密度(Ud)达到2.55 J/cm3，是纯CA膜(400 MV/m时为1.87 J/cm3)的1.36倍，同时能量效率(η)保持在73.3%。CPDs的引入能有效产生库仑阻塞效应，捕获载流子并抑制其在基体中的迁移，从而抑制泄漏电流的产生降低了损耗。基质分子链缠结密度的提高，有效减少了薄膜的缺陷，提高了机械击穿强度。此外，CPDs还明显改善了复合薄膜的机械性能。这项工作为制造下一代环境友好型介电复合薄膜提供了一些参考。
图文展示
图1. CPDs 和 CA/CPDs 复合薄膜的制备过程示意图。
图2. CPD s的微观形态特征：（a）和（b）HR-TEM 图像；（c）原子力显微镜图像和（d）相应的粒度分布；(c)中的插入照片分别代表紫外线（左）和自然光（右）照射下的 CPDs溶液。
图3. (a1) CA 和 (b1) CA/CPDs-0.1 的表面形貌：(a2-a3) CA 和(b2, b3) CA/CPDs-0.1 在不同放大倍数下的横截面形貌；(c) CA/CPDs-0.5 的 TEM 图像；(d) 紫外可见光透射光谱；(e) CA/CPDs-1 复合薄膜与其他文献报道的薄膜在 550 nm波长处的透射率比较：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；尼龙纳米纤维增强醋酸纤维素薄膜(PA/CA)；纤维素纳米纤维/2 wt%木质素磺酸盐复合薄膜(CNF/LA-2.5)；纤维素/氢氧化钾(KOH)复合薄膜(CKF)；纤维素纳米纤维/5 wt% 聚对苯二甲酸乙二酯复合膜(CNF/PET-5%)；再生纤维素薄膜(RC)以及醋酸纤维素/0.5 wt % 氧化石墨烯复合膜(CA/GO-0.5%)。
图4：(a) 所示不同样品的 FITR 光谱；(b) CA、CA/CPDs-0. 1和CA/CPDs-1的XPS全谱图以及高分辨率峰：CA 的 (c1) C1s 和 (c2) O1s 峰，CA/CPDs-0.1 的 (d1) C1s 和 (d2) O1s 峰，以及 CA/CPDs-1 的 (e1) C1s、(e2) O1s 和 (e3) N1s 峰。
图5：(a) 击穿强度的 Weibull 分布；(b) 纯 CA 薄膜和 CA/CPDs薄膜的击穿强度特性比较。
图6：(a) 电流密度变化；(b) 纯CA和CA/CPDs 薄膜在最大电场下的D-E循环；(c) 净极化参数；(d)纯CA和CA/CPDs 薄膜的充放电效率和放电能量密度。
本工作以“Synchronously enhanced breakdown strength and energy storage ability of cellulose acetate flexible films via introducing ultra-low content of carbonized polymer dots”为题发表在高分子科学领域国际知名期刊《Carbohydrate Polymers》（IF: 10.7，中科院化学大类1区）。论文的第一作者为西南交通大学化学学院2022级硕士生罗睿，通讯作者为西南交通大学化学学院杨静晖副教授和西南交通大学化学学院王勇教授。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122752
杨静晖，副教授，博士生导师，主要从事聚合物基复合材料的多功能与高性能化研究。主持数项国家自然科学基金、四川省科技厅重点研发项目以及企业项目，在Chem. Eng. J.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Macromolecules等期刊发表论文30余篇，获2021年度四川省技术发明二等奖(排名第三)，入选2022/2023年度斯坦福全球前2%顶尖科学家榜单、四川省学术和技术带头人后备人选等。
王勇，教授、博士生导师、德国洪堡学者，主要从事结构/功能一体化先进高分子复合材料的研究。主持国家自然科学基金(6项)、教育部新世纪优秀人才基金、四川省青年科技创新团队、四川省科技厅重大成果转化项目、四川省杰出青年基金等项目30余项；在Prog. Poly. Sci.、Macromolecules等期刊发表论文300余篇，他引9000余次，其中ESI高被引论文4篇，期刊年度热点论文1篇；授权发明专利24件。研究成果获得2021年度四川省技术发明二等奖、2018年度四川省自然科学二等奖、2006年度全国百篇优秀博士论文提名论文等。
