为了进一步推动复合材料领域的科技创新与人才培养,彰显复合材料行业杰出人物的卓越贡献与精神风貌,中国复合材料学会将正式启动【CSCM群星录】活动。
本次活动旨在汇聚复合材料领域的卓越科研成果,分享复材行业科技工作者的奋斗历程、创新成果与深刻洞见,激励更多从业者投身于复合材料的研发与应用,共同推动行业的高质量发展,为复合材料领域的未来注入新的活力与动力。
刘雪洁--2023年度中国复合材料学会卓越论文工程入选者
韧性,是材料和科研工作者的共同品格
个人简介
刘雪洁,女,中共党员,博士毕业于北京科技大学,现任香港城市大学香港心脑血管健康工程研究中心副研究员,主要研究方向包括柔性可穿戴电子/离子材料、储能聚合物电介质材料等。在Energy Environ. Sci.、Comps. Sci. Technol.等期刊发表论文十余篇,参编英文专著两部,申请/授权发明专利三项。其中对聚酰亚胺的高温储能性能研究被Energy & Environ. Sci.评为高被引及热点论文。担任Comps. Sci. Technol.、ACS Appl. Mater. Interfaces等学术期刊审稿人。曾获国家奖学金(2022)、北京市优秀毕业生(2023)、北京科技大学十佳学术之星(2022)等荣誉奖项;获“香港创新及科技基金项目研究人才库(RTH)” 资助(2024)。
科研经历
刘雪洁于2023年获得北京科技大学博士学位,博士期间针对新能源、电动汽车等领域对高温电容器的迫切需求,系统研究了聚合物基电介质材料在高温(150-200℃)下的绝缘特性与能量损耗机制。通过分子结构设计(如引入功能性链段和空间电荷陷阱位点)、多层界面工程策略(如设计电荷阻挡层),成功开发出兼具高储能密度、低能量损耗和优异击穿场强的聚合物电介质材料. 有助于突破传统聚合物电介质高温性能瓶颈,推动我国新能源领域的持续发展。
现为香港城市大学香港心脑血管健康工程研究中心副研究员,研究方向拓展至柔性功能材料在可穿戴设备中的创新应用,致力于开发具有高灵敏度、优异机械适应性和生物相容性的智能传感系统。通过设计新型功能性聚合物材料、协同优化材料离子压电性能、力学性能等,研制可集成于人体关节/皮肤表面的柔性传感器,用于实时生理信号监测(如心率、脉搏)、人体运动姿态捕捉及人机交互界面,促进柔性电子/离子材料在生物医学领域的发展。
博士学位论文介绍
高温储能聚酰亚胺薄膜设计、制备与性能研究
聚合物薄膜电容器具有功率密度高、自愈性好,易于大规模制备等优势在电子电力系统有着广泛的应用。随着新能源汽车、航空航天等领域的蓬勃发展,对极端条件下服役的聚合物薄膜电容器提出了更高要求。在热、电等多场耦合作用下,传统聚合物薄膜的传导损耗会迅速增大,导致其电绝缘性以及储能特性严重劣化。本论文旨在对高温高场下聚合物电容器薄膜进行研究,以聚合物多级结构为立足点,从官能团、链结构以及宏观多层结构对聚合物进行设计与制备,实现介电常数、击穿强度、介电损耗等多参数协同优化,重点关注电极/电介质界面处的电荷注入和电介质内部激发的电荷载流子传输导致的传导损耗问题,探究多级结构设计对聚合物内部电荷转移特性的影响机制,以解决高温高场下聚合物薄膜储能密度较低及能量损耗大的问题,实现对聚合物薄膜高温储能特性的综合调控。
(1) 利用聚酰胺酸的反应动力学机理,调控分子链中的极性基团,实现对聚酰亚胺(PI)的分子结构优化。与完全酰亚胺化的PI膜相比,具有最佳酰亚胺化程度的PI膜的放电能量密度提高了130%,同时加工温度降低了100 ℃。首次探究了热酰亚胺化反应调控PI介电常数、击穿强度的内在机理。从陷阱角度厘清了电荷转移特性对PI薄膜的高温传导及储能特性的影响机制。
(2) 通过优化PI分子链中官能团的分布状态,同时引入柔性的热塑性聚氨酯,来改善PI的链间相互作用及空间结构。与传统PI膜相比,所得全有机复合薄膜的能量密度和充放电效率分别提高了583%和400%。明确了官能团分布位置和分子链形态对全有机复合薄膜内部电荷传输的抑制机制,将自由体积击穿理论和陷阱理论相结合,揭示了聚合物的链间自由体积对储能性能提升的机理。
(3) 设计了一种宽带隙无机层作为电荷阻挡层的双层结构PI复合膜。无机层提高了电荷捕获能力并调节了电极/电介质界面处的电荷迁移率。该复合膜在200 ℃下实现了4.37 J/cm3的高能量密度和92%的充放电效率。探究了电介质/电极界面与无机层/聚合物界面的电荷传输机制。阻挡效应和陷阱效应的协同作用揭示了复合膜在高温下抑制传导损耗的机理,优化了双层结构复合薄膜的高温储能特性调控方法。
长期征稿
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张志皓 17610356616