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PVDF基介电复合材料因质量轻、耐电击穿以及柔性好等优点，可用作便携式电子设备中的储能器件材料，因而受到广泛关注。但是，因材料较低的储能密度制约了其发展。本论文以合成三类具有较高禁带宽度(＞2.5eV)的无机纳米片材料为出发点，从改善复合材料内部电场分布的角度开展提高PVDF基介电复合材料储能密度的实验研究，并借助模拟研究对复合材料介电性能提高的机理进行解释。
采用水热-煅烧法，在模板剂PVP的作用下，合成了MgO纳米片，其横向尺寸约500nm，厚度约25nm。研究了MgO的添加量对PVDF基复合材料储能密度的影响，发现添加3wt％MgO时，所得复合材料的储能密度为9.88J cm-3，表明添加无机纳米片材料可改善材料的储能密度，同时较宽的禁带宽度也有助于提高储能密度;选用KH550对MgO进行表面改性，测得材料的储能密度进一步得到提高达到11.47J cm-3，说明除粉体形貌外，改性剂也有利于材料储能密度的提高。采用分子动力学模拟方法计算了复合材料内两相界面的作用力，发现材料内部两相界面处的作用力因改性剂的作用变得更强，说明改性剂提供的氨基与PVDF产生的相互作用有利于匀化复合材料内局部电场，材料性能得以提高。
采用水热法分别合成了宽禁带的Mg(OH)2纳米片和Ni(OH)2纳米片粉体，Mg(OH)2的横向和厚度尺寸分别约500nm和20～30nm，Ni(OH)2的横向和厚度尺寸约200nm和20～30nm。分别对二者与PVDF形成的复合材料储能密度进行了系统研究，发现两种粉体在添加量为3wt％时，所得材料的储能密度均达最大，为10.95J cm-3和11.16J cm-3，实验结果证实了填料形貌、禁带宽度以及填料颗粒表面丰富的羟基均有助于材料储能密度的提高。进一步利用有限元法对材料内部电场分布进行模拟，结果显示，这两种粉体的添加，均使PVDF基质中局部电场降低，材料性能得到提高。由此进一步说明，选择具有较大禁带宽度特征的无机纳米片是提高复合材料储能密度的主要途径之一;进而对添加较小尺寸Ni(OH)2纳米片的复合材料局部电场强度进行分析，结果显示为局部场强更低，储能密度更高，说明填料的尺寸也是提高储能密度的重要原因之一。
基于上述结果，本研究利用热缩合法制备了一种新型纳米片材料，即石墨相氮化碳(g-C3N4)，其具有2.7eV的禁带宽度。实验研究了由横向尺寸分别为1000nm、500nm、100nm和50nm等四种g-C3N4粉体制备的复合材料的储能密度，结果发现，g-C3N4纳米片的添加有利于改善复合材料储能密度，尤以添加100nmg-C3N4且添加量为3wt％时所得复合材料的储能密度最大为12.68J cm-3，这充分证实了片状形貌且具有一定禁带宽度的粉体有利于提高材料的储能密度。进一步测得这类复合材料还具有较高的放电效率，最大可达70.5％。利用有限元法模拟了由尺寸范围1000nm～50nm的g-C3N4粉体得到的g-C3N4/PVDF复合材料电场分布，结果显示，以添加100nm纳米片复合材料内局部电场最弱，解释了一定尺寸宽禁带纳米片材料是改善PVDF基介电复合材料储能密度和放电行为的备选填料。本论文研究结果可为制备高性能复合材料提供实验和理论基础。
采用水热-煅烧法，在模板剂PVP的作用下，合成了MgO纳米片，其横向尺寸约500nm，厚度约25nm。研究了MgO的添加量对PVDF基复合材料储能密度的影响，发现添加3wt％MgO时，所得复合材料的储能密度为9.88J cm-3，表明添加无机纳米片材料可改善材料的储能密度，同时较宽的禁带宽度也有助于提高储能密度;选用KH550对MgO进行表面改性，测得材料的储能密度进一步得到提高达到11.47J cm-3，说明除粉体形貌外，改性剂也有利于材料储能密度的提高。采用分子动力学模拟方法计算了复合材料内两相界面的作用力，发现材料内部两相界面处的作用力因改性剂的作用变得更强，说明改性剂提供的氨基与PVDF产生的相互作用有利于匀化复合材料内局部电场，材料性能得以提高。
采用水热法分别合成了宽禁带的Mg(OH)2纳米片和Ni(OH)2纳米片粉体，Mg(OH)2的横向和厚度尺寸分别约500nm和20～30nm，Ni(OH)2的横向和厚度尺寸约200nm和20～30nm。分别对二者与PVDF形成的复合材料储能密度进行了系统研究，发现两种粉体在添加量为3wt％时，所得材料的储能密度均达最大，为10.95J cm-3和11.16J cm-3，实验结果证实了填料形貌、禁带宽度以及填料颗粒表面丰富的羟基均有助于材料储能密度的提高。进一步利用有限元法对材料内部电场分布进行模拟，结果显示，这两种粉体的添加，均使PVDF基质中局部电场降低，材料性能得到提高。由此进一步说明，选择具有较大禁带宽度特征的无机纳米片是提高复合材料储能密度的主要途径之一;进而对添加较小尺寸Ni(OH)2纳米片的复合材料局部电场强度进行分析，结果显示为局部场强更低，储能密度更高，说明填料的尺寸也是提高储能密度的重要原因之一。
基于上述结果，本研究利用热缩合法制备了一种新型纳米片材料，即石墨相氮化碳(g-C3N4)，其具有2.7eV的禁带宽度。实验研究了由横向尺寸分别为1000nm、500nm、100nm和50nm等四种g-C3N4粉体制备的复合材料的储能密度，结果发现，g-C3N4纳米片的添加有利于改善复合材料储能密度，尤以添加100nmg-C3N4且添加量为3wt％时所得复合材料的储能密度最大为12.68J cm-3，这充分证实了片状形貌且具有一定禁带宽度的粉体有利于提高材料的储能密度。进一步测得这类复合材料还具有较高的放电效率，最大可达70.5％。利用有限元法模拟了由尺寸范围1000nm～50nm的g-C3N4粉体得到的g-C3N4/PVDF复合材料电场分布，结果显示，以添加100nm纳米片复合材料内局部电场最弱，解释了一定尺寸宽禁带纳米片材料是改善PVDF基介电复合材料储能密度和放电行为的备选填料。本论文研究结果可为制备高性能复合材料提供实验和理论基础。