金属化薄膜电容器是现代储能系统中的关键组件，凭借其高功率密度、优异的循环稳定性和可靠的热性能，推动了电动汽车、智能电网及航空航天技术的发展。在聚合物介质中，聚丙烯（PP）因其低介电损耗、良好的机械强度以及经济高效的加工性能，已成为行业标准。然而，传统的PP介电材料受限于一种被称为结晶度与极化之间权衡的根本性材料困境。更高的结晶度虽能提高介电击穿强度，但同时会抑制极化，从而限制储能容量。相反，降低结晶度虽能改善极化，却会损害介电可靠性。这种内在矛盾对器件的微型化构成了关键限制。因此，开发一种无需依赖结晶度调控即可同时实现高击穿强度和高能量密度的聚丙烯基介电材料，对于推动下一代高性能储能技术的发展至关重要。

  近日，西安交通大学张志成教授团队联合陕西师范大学曾荣教授团队提出了一种创新的材料设计策略，该策略将梯度极性界面工程与高熵原理协同结合，从而构建出一种无需高结晶度要求的PP介电体系（图1）。

  2026年4月3日，相关成果以“Engineering of High Entropy System in Functionalized Polypropylene for Ultra-High-Efficiency Capacitive Energy Storage”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。西安交通大学博士研究生李文轩为论文第一作者，西安交通大学张志成教授、龚红红副教授和陕西师范大学曾荣教授为论文的通讯作者。

图1 PP-g-BA储能性能提升机制图

  通过对PP分子链内C–H键进行精确调控，实现了丙烯酸酯苄酯（BA）单元的成功接枝，从而构建出高熵聚丙烯接枝苯甲基丙烯酸酯（PP-g-BA）体系（图2）。这一方法从根本上打破了将高击穿强度与高结晶度内在关联的传统范式（图3）。熵驱动机制在优化材料微观结构的同时，有效抑制了粗大球晶的形成，并建立了调控电荷传输行为的梯度电荷捕获态（图4）。这种双重机制协同增强了击穿强度和极化性能。值得注意的是，优化后的PP-g-BA2复合材料在700 MV/m条件下展现出7.5 J/cm³的卓越放电能量密度，同时保持超过95%的超高效率，在相同放电效率下超越了此前报道的聚丙烯基介电材料（图5）。这种设计策略不仅克服了长期存在的结晶度限制，还确立了一种基于高熵界面的新型性能设计范式，为开发新一代高性能电容器提供了关键的技术路径。

图2 PP-g-BA的结构表征

图3 PP-g-BA的结晶性能

图4 PP-g-BA的绝缘性能

图5 PP-g-BA的储能性能

  该研究得到国家自然科学基金重大研究计划（92366302、92066204），国家自然科学基金（52473062、52373021、52473081、 22371223, 52433002），国家重点研发计划（2023YFB3208400）以及国家自然科学基金联合基金（U24B20191）的支持。

  文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75205

作者介绍

  张志成，西安交通大学化学学院教授，国家级领军人才，博士生导师。主要研究领域包括新型氟聚合物的设计与可控合成，新型电介质的分子设计与偶极调控，电活性高分子及其在高储能电容器、压电传感器等领域的应用等。

  课题组链接：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/zhichengzhang