隨著對高集成度和高功率密度電力電子設(shè)備的追求，封裝材料的絕緣性能與智能化面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)材料多注重提升絕緣性能，但由于器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，局部電場畸變與電荷注入難以避免，進(jìn)而易引發(fā)絕緣失效。為此，自適應(yīng)電介質(zhì)（SADs）智能材料應(yīng)運(yùn)而生，具有在低電壓下保持高絕緣性能而在高電壓時(shí)迅速排散電荷的能力，從而有效防止由局部電場畸變導(dǎo)致的絕緣故障。其基本原理是借助半導(dǎo)體材料的肖特基勢壘，實(shí)現(xiàn)絕緣-導(dǎo)電的轉(zhuǎn)變。然而，在核殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路中，殼層電導(dǎo)率難以選擇，加之聚合物基體中相鄰填料間仍存在約微米級(jí)的聚合物薄層，進(jìn)一步影響高電場下的電荷消散效率。
受到病毒所具備的突起結(jié)構(gòu)啟發(fā)，在填料表面構(gòu)建敏感微結(jié)構(gòu)可顯著增強(qiáng)填料鄰域電場并促進(jìn)電荷傳導(dǎo)。同時(shí)，金屬納米顆粒與SiC間會(huì)形成肖特基勢壘，為自適應(yīng)介質(zhì)的非線性電導(dǎo)特性提供支持。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算證實(shí)了金屬納米粒子-碳化硅界面上的勢壘高度由金屬材料的功函數(shù)和半導(dǎo)體材料的費(fèi)米能級(jí)差異決定。
圖3金屬-碳化硅界面肖特基勢壘的第一性原理計(jì)算結(jié)果
圖4復(fù)合材料的非線性導(dǎo)電行為
圖5
相關(guān)研究成果以“Self-Adaptive Dielectrics with Tunable Nonlinear Electrical Conductivity via Virus-like Structures Composed of Metal Particles”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》上。華南理工大學(xué)謝從珍教授、王瑞副教授為論文的通訊作者，華南理工大學(xué)博士研究生張道銘為論文第一作者。感謝國家自然科學(xué)基金（No. 51977084，52307025）等項(xiàng)目對本文的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202411645
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