电介质电容器具有功率密度高、充放电速度快、安全可靠、耐高压和使用寿命长等优点,因而被广泛应用于电能存储、医疗、电动汽车以及军事等领域。随着电力电子器件和系统向着小型化、轻量化以及集成化方向发展,低能量密度的电介质电容器将逐渐无法满足要求。因此,开发具有高储能密度的新型电介质电容器具有重要意义。聚合物基纳米复合材料结合了聚合物具有高击穿场强和无机纳米颗粒具有高介电常数的优点,是高储能密度电介质研究领域的热点之一。为此,本文以PVDF或其共聚物为聚合物基体,与新型纳米颗粒复合,探究填充颗粒对复合薄膜的介电、击穿和储能性能的影响。首先,为了提高复合薄膜能量释放效率,选择聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合作为聚合物基体。在不牺牲介电强度的情况下,平均粒径为12.1 nm的高分散Ba0.6Sr0.4TiO3纳米粒子被用来改善有机复合物的极化。均匀的纳米复合薄膜具有很高的柔韧性和优异的储能性能。由于聚合物基体和填充粒子的共同优化,经Ba0.6Sr0.4TiO3改性的P(VDF-HFP)/PMMA复合薄膜显示出更高的击穿强度和较低的能量损耗,从而在378 kV/mm时得到10.3 J/cm3的能量密度。其次,通过“EG-sol”方法制备了块体内部绝缘、边缘或表面态导电的拓扑绝缘体二维Bi2Se3六方纳米片,并对它进行了 TEM、XRD和SEM表征。通过流延浇筑法制备了各种Bi2Se3含量的Bi2Se3/PVDF纳米复合薄膜,研究了其微观结构和介电性能。研究发现,当Bi2Se3含量低于12vol.%时,致密的纳米复合薄膜的介电常数保持相对较低的值(大约16),然后当Bi2Se3含量达到13 vol.%的临界值时,介电常数突然增加至36。Bi2Se3/PVDF纳米复合材料体系的研究有利于高性能电介质的探索。最后,利用非晶态TiO2包覆平均粒径为8 nm的BaTiO3纳米颗粒,作为填充粒子与PVDF复合,得到了致密的纳米复合薄膜。与传统的BaTiO3/PVDF纳米复合材料相比,BaTiO3@TiO2/PVDF纳米复合材料结合了小尺寸颗粒和界面处梯度介电结构的优点,电位移和击穿强度分别提高了 65%和 20%。在 420 kV/mm 的电场下,5 vol.%BaTiO3@10 wt.%TiO2填充的纳米复合材料的最大放电能量密度为11.34 J/cm3。因此,超小尺寸电介质梯度设计的纳米填料对于制备高能量密度的纳米复合材料具备很高的潜力。