聚合物介质薄膜在现代电子系统中占据重要地位，尤其在高能量密度电容器和智能设备的静电吸附离合器中的应用广泛。然而，传统聚丙烯材料存在介电常数低（εr≈2.2）、高温下漏电流严重等问题，限制了其能量密度和可靠性进一步提升。尽管纳米掺杂、极性单体接枝等方法被广泛尝试，却仍面临分散性差、大规模生产应用等技术瓶颈。

  近日，宁夏大学化学化工学院冒杰副教授团队通过分子工程设计，成功将邻苯二甲酸二烯丙酯（DAP）接枝到聚丙烯（PP）上，开发出兼具高能量密度与优异高温稳定性的新型介质材料PP-g-DAP。DAP单体含两个烯丙基（-CH₂-CH=CH₂），可与PP链自由基反应形成交联网络结构。该材料不仅在薄膜电容器领域表现卓越，还可应用于智能静电吸附设备，实现“一材双用”。

  2025年10月1日，该工作以“Molecular Engineering of DAP Grafted Polypropylene for Ultrahigh-Energy-Density Film Capacitors and Smart Electrostatic Adhesion”为题发表于期刊《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者为宁夏大学硕士研究生海强强，通讯作者为宁夏大学冒杰副教授。

图1. PP-g-DAP薄膜的制备及应用展示

  研究团队采用水相悬浮接枝技术将DAP单体接枝到聚丙烯分子链上。DAP分子中的共轭苯环结构和极性酯基团能够有效调控PP的电子能带结构，形成局部深陷阱，抑制空间电荷迁移。双烯丙基结构可在PP链间形成微交联网络，进一步阻碍载流子输运。

图2. 储能性能

  在储能性能方面，PP-g-DAP材料表现出色。最优改性样品PP-g-DAP2在25°C下击穿强度达到853.09 MV/m，能量密度高达12.90 J/cm3，比原始PP提升了62.47%，同时效率保持在92.96%。更令人印象深刻的是其高温性能。在105°C条件下，PP-g-DAP2仍能保持7.23 J/cm3的能量密度，比原始PP提升了86.8%，展现出优异的热稳定性和可靠性。材料还表现出优异的循环稳定性。经过10000次充放电循环后，PP-g-DAP2薄膜的能量存储性能偏差小于1%，在25°C和105°C条件下均保持稳定，满足实际应用需求。

图3. 电流密度与陷阱特性

  通过理论计算和实验验证深入揭示了性能提升的机理。DAP引入的深能级陷阱密度提升高于一个数量级，有效捕获载流子，抑制漏电流。密度泛函理论计算显示，PP-g-DAP具有更强的电子亲和能，形成更深的陷阱能级。

图4. EA离合器制造工艺与应用展示

  在实际应用方面，该材料展现出双重潜力。基于PP-g-DAP2薄膜制备的静电吸附离合器实现了7.61 N/cm2的剪切应力，比原始PP提升58.3%，能够成功提起2公斤重物及驱动机械手完成抓物体操作。

  这项研究不仅开发了一种高性能介质材料，更重要的是建立了一种将高能量密度电容器与智能机电系统融合的材料设计新范式。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202520883