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近年来具有高储能密度和超快充放电响应的介质电容器已吸引了众多研究者的兴趣。作为重要的储能元件,电容器在电子行业、主动控制系统、航空航天、医疗器械、国防军事领域都有着重要的应用。陶瓷电容器具有较高的介电常数,但其介电损耗较高,击穿场强较低,不易加工和微型化设计。聚合物电容器具有较高的击穿场强、极低的介电损耗,优异的机械性能和易加工等优点,但是单一的聚合物其介电常数普遍较低。因此,综合陶瓷电介质和聚合物电介质两者的优点,制备具有高介电常数、低介电损耗和高储能密度的聚合物基复合薄膜具有十分重要的研究意义和应用前景。聚酰亚胺是目前综合性能最佳的有机高分子材料之一,其优良的机械性能、耐腐蚀性能好、生产工艺简单和可大规模工业化生产等优点,使其在微电子高科技领域和航空航天领域得到广泛应用。本文以聚酰亚胺为基体,研究了不同填料的微观形貌、有机-无机表面改性和复合薄膜的结构对其介电性能和储能性能的影响。本论文的主要研究内容如下:1.通过两步法氨基化得到氨基碳纳米管（MWCNTs-NH2）,然后通过沉淀法制备了聚酰亚胺包覆MWCNTs（MWCNTs@PI）的纳米填料,研究了纳米填料MWCNTs@PI中PI与MWCNTs质量比对聚酰亚胺复合薄膜介电性能的影响。当PI与MWCNTs质量比为1.5:1时,聚酰亚胺复合薄膜具有最佳的介电性能,即同时具有较高的介电常数和较低的介电损耗,并研究了MWCNTs@PI中MWCNTs的含量对聚酰亚胺复合薄膜介电性能的影响。当MWCNTs的质量分数为15 wt%时,复合薄膜的介电常数在1 kHz时高达31.2,且介电损耗仅仅只有0.042。2.通过静电纺丝的方法制备了BaTiO3（BT）纳米纤维,采用聚多巴胺对BT纳米纤维进行了表面处理。然后采用逐层浇铸法制备了具有三明治结构的BT/PI复合薄膜,并分别研究了上下层BT纳米纤维的含量和中间层聚酰亚胺的用量对复合薄膜的介电性能和击穿场强的影响。当上下层BT纳米纤维的体积分数达到30 vol%及中间层是1层纯聚酰亚胺时,三明治BT/PI复合薄膜在1 kHz时介电常数高达14.5,介电损耗仅仅只有0.019,且击穿场强高达204 kV/mm,具有最高的储能密度2.62 J/cm3。3.通过同轴静电纺丝的方法制备了CaCu3Ti4O12@TiO2（CCTO@TiO2）纳米纤维,相对于CCTO,TiO2具有较低的介电常数,因此在CCTO纤维表面包覆一层TiO2,可以有效地缓解因陶瓷CCTO和PI基体之间较大的介电常数差异造成的局部电场浓度过高。然后采用溶液浇铸法制备了CCTO@TiO2/聚酰亚胺（CCTO@TiO2/PI）复合薄膜,当CCTO@TiO2的添加量为5 vol%时,CCTO@TiO2/PI复合薄膜的介电常数增加到5.85,同时CCTO@TiO2/PI复合薄膜的击穿场强增加到236 kV/mm。当CCTO@TiO2添加量为1 vol%时,其能量密度1.60 J/cm3,相比于纯的聚酰亚胺的能量密度1.42 J/cm3提高了14%。同时,所有制备的CCTO@TiO2/PI复合薄膜均表现出良好的热稳定性,在500 oC以下没有质量损失。4.通过静电纺丝的方法制备了BT纳米纤维,然后利用共沉淀法制备了BT@SiO2纳米纤维。SiO2具有较低的介电常数和极低的介电损耗,SiO2成为了BT和聚酰亚胺之间的介电缓冲层,抑制了电荷传输,使得电场分布得到改善。当BT@SiO2的添加量为5 vol%时,BT@SiO2/PI复合薄膜的介电常数和损耗介电分别是5.05和0.016。当BT@SiO2的添加量为3 vol%时,BT@SiO2/PI复合薄膜的击穿场强高达348 kV/mm,相比于纯的聚酰亚胺击穿场强308 kV/mm提高了12%,而BT@SiO2/PI复合薄膜的能量密度高达2.31 J/cm3,相比于纯的聚酰亚胺的能量密度1.42 J/cm3提高了62%。BT@SiO2/PI复合薄膜在500 oC以下没有质量损失,表现出良好的热稳定性。5.通过同轴静电纺丝的方法制备了BT@ZrO2纳米纤维,然后通过溶液浇铸制备了BT@ZrO2/PI复合薄膜,并研究了其介电性能和最大储能密度。研究结果表明,当填料为5 vol%时,BT@ZrO2/PI复合薄膜的介电常数和介电损耗分别是5.55和0.023。随着BT@ZrO2纳米纤维含量的增加,BT@ZrO2/PI复合薄膜的击穿场强和储能密度都得到了一定的提高,当BT@ZrO2纳米纤维的添加量为2 vol%时,BT@ZrO2/PI复合薄膜的击穿场强高达361 kV/mm,相比于纯的聚酰亚胺击穿场强308 kV/mm提高了17%,而BT@ZrO2/PI复合薄膜的能量密度高达2.53J/cm3,相比于纯的聚酰亚胺的能量密度1.42 J/cm3提高了78%。并通过COMSOL分别仿真模拟了BT/PI复合薄膜和BT@ZrO2/PI复合薄膜的电场分布,研究结果表明BT@ZrO2/PI复合薄膜的电场强度分布均匀性高于BT/PI复合薄膜,ZrO2层可以有效地改善聚酰亚胺基体与BT纳米纤维之间的电场分布,有利于提高复合薄膜的击穿场强。