武汉理工大学董丽杰教授团队与美国宾夕法尼亚州立大学的王庆教授合作，发现通过向铁电聚合物中添加微量（<1vol%）低介电超小尺寸的羟基化量子点纳米材料，介电常数可大幅增加（100%），而介电损耗保持与纯聚合物相近水平，最终在620 MV/m的电场强度下获得了27.4 J/cm3的超高储能密度。在如此低的填料含量下，基于体积平均的经典“聚合物-填料”双相介电理论模型无法解释该介电增强现象。实验与理论模拟的结果显示界面处发生局部结构变化，引起极性构象转变和额外的界面偶极作用。基于此，依托广为接受的聚合物纳米复合材料的多核理论模型和双电层模型，该工作提出了一种包含界面增强介电常数φ的新型“聚合物-填料-界面”三相模型。应用该模型得到的复合材料的介电常数与实验结果良好吻合，并可拟合其他文献报道的在类似的低填充率下的结果。该工作以“Significant Improvements in Dielectric Constant and Energy Density of Ferroelectric Polymer Nanocomposites Enabled by Ultralow Contents of Nanofillers”为题发表在国际重要学术期刊Advanced Materials上。尽管上述利用小尺寸低填充量填料诱导介电增强现象表现出广阔的应用前景，目前为止，该现象仅在少数铁电聚合物、偶极线性介电聚合物中被发现，还有待更多广泛的实验体系的发掘，以系统地揭示该现象背后的机理，从而更好地指导新型高储能密度、高放电效率聚合物介电材料的开发与大规模生产。近日，团队成功地将该方法拓展到线性介电聚合物聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中，实现了介电常数和击穿强度的同时显著提升（K从3.5 到5.9， Eb 从 500.1 MV/m 到 801.2 MV/m），获得了17.6 J cm-3的放电能量密度(是纯PMMA 的4400%), 同时保持着高充放电效率（~90%)，进一步证明了该方法的有效性和诱人的应用前景。日前，该工作以“Significantly enhancing the dielectric constant and breakdown strength of linear dielectric polymers by utilizing ultralow loadings of nanofillers”为题发表在国际知名学术期刊Journal of Material Chemistry A上。