隨著對高集成度和高功率密度電力電子設備的追求，封裝材料的絕緣性能與智能化面臨嚴峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)材料多注重提升絕緣性能，但由于器件結構復雜，局部電場畸變與電荷注入難以避免，進而易引發(fā)絕緣失效。為此，自適應電介質(zhì)（SADs）智能材料應運而生，具有在低電壓下保持高絕緣性能而在高電壓時迅速排散電荷的能力，從而有效防止由局部電場畸變導致的絕緣故障。其基本原理是借助半導體材料的肖特基勢壘，實現(xiàn)絕緣-導電的轉變。然而，在核殼結構的設計思路中，殼層電導率難以選擇，加之聚合物基體中相鄰填料間仍存在約微米級的聚合物薄層，進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構啟發(fā)，在填料表面構建敏感微結構可顯著增強填料鄰域電場并促進電荷傳導。同時，金屬納米顆粒與SiC間會形成肖特基勢壘，為自適應介質(zhì)的非線性電導特性提供支持。實驗結果和理論計算證實了金屬納米粒子-碳化硅界面上的勢壘高度由金屬材料的功函數(shù)和半導體材料的費米能級差異決定。
圖3金屬-碳化硅界面肖特基勢壘的第一性原理計算結果
圖4復合材料的非線性導電行為
圖5
相關研究成果以“Self-Adaptive Dielectrics with Tunable Nonlinear Electrical Conductivity via Virus-like Structures Composed of Metal Particles”為題發(fā)表在國際學術期刊《Advanced Materials》上。華南理工大學謝從珍教授、王瑞副教授為論文的通訊作者，華南理工大學博士研究生張道銘為論文第一作者。感謝國家自然科學基金（No. 51977084，52307025）等項目對本文的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202411645
