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  隨著電子設備功率密度和集成度的顯著提升，潛在的靜電放電威脅不容忽視，長期電荷積累將嚴重威脅電子器件的可靠性。具有可逆導電-絕緣性能的非線性電導復合電介質被視為自適應消散電荷的有效解決方案。然而，基于傳統“back-to-back”雙肖特基勢壘結構的復合電介質非線性系數和閾值場強難以精確調控，同時構建長程滲流路徑往往需要較高的填充體積（超過30%）。因此，迫切需要開發低填充、高穩定性及可靈活調控的導電-絕緣可逆電介質。

  近期，華南理工大學王瑞副教授和謝從珍教授聯合深圳大學徐華松助理教授，提出了一種基于大面積靜電紡絲技術的梯度摻雜策略，實現超低滲流閾值下的高穩定非線性電導復合電介質。

  2026年2月12日，該工作以“Reversible dielectric polymers with switchable conduction and insulation for electrostatic protection”為題發表在《自然·通訊》上（Nat. Commun. 2026,）。文章第一作者是深圳大學電子與信息工程學院徐華松助理教授，華南理工大學電力學院王瑞副教授和謝從珍教授為文章的共同通訊作者。文章的共同完成單位還包括新加坡南洋理工大學和華北電力大學。該工作獲得國家自然科學基金委、深圳市高層次引進特聘崗位人才項目和深圳大學青年教師基金的支持。

  與傳統“背對背”雙肖特基勢壘結構不同，該工作提出了一種“step-by-step”雙肖特基勢壘結構，可通過材料組成獨立且精確的調控兩側勢壘高度（圖1）。具體而言，選擇WO₃/Ga₂O₃與SiC構建階梯式導帶分布，從而影響異質結界面的電荷分布形成內建電場（圖2）。通過原子力顯微鏡對單根納米纖維進行原位電學測試可以發現，典型的場強調控參數（如閾值電場E_c）與金屬氧化物半導體的摻雜濃度直接相關，而非線性系數不僅取決于肖特基勢壘高度，還受納米纖維的微觀結構和異質性的影響（圖3）。

  基于上述新的認識，研究團隊利用大面積靜電紡絲技術將納米纖維膜以不同構型（分別為水平、垂直及卷繞取向）及負載量復合到聚合物介電基體中，所得環氧納米復合材料在創紀錄的低填充量（0.3 vol%）下展現出優異的電場調控性能與電荷釋放能力（圖4）。由發光二極管與環氧納米復合材料構成的保護電路驗證了該功能梯度材料的優越性與快速響應特性（圖5）。該工作提出的策略為解決高電場乃至放電環境下實現優異電場自適應調控性能這一難題提供了有價值的思路。

圖1 SiC-Ga₂O₃-WO₃納米纖維理化性能表征及“階梯式”肖特基勢壘模型

圖2 SiC-GaW雜化體系的密度泛函計算

圖3 SiC-GaW納米纖維的電氣性能

圖4 納米復合材料制備與表征

圖5 納米復合材料的實際應用驗證

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69497-8