具有定制结构设计的绝缘导热可逆电介质，可实现灵活可调的电场分级和热管理

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Insulation-conductive reversible dielectrics with customized structure design for flexibly tunable electric field grading and thermal management

　　

摘要

高功率电子技术和电气传输系统的快速发展迫切需要能够同时实现电场分级和热管理的聚合物电介质。然而，传统的电场分级材料（FGMs）存在固有的局限性，包括对填充剂的高要求、有限的开关场可调性和较差的热导率。在这里，我们报道了一类新型的智能绝缘导电可逆电介质，这类电介质通过将磁性纳米粒子静电自组装到碳化硅（SiC）纳米纤维上，并在聚合物基质中通过磁场诱导其垂直排列来构建可定制的电势屏障。这种排列结构精确地指导了电荷和热量的传导路径。磁性纳米粒子与半导体填充剂之间的屏障可以通过调控磁性纳米粒子的组成来灵活控制，从而使新型FGMs具备出色的电场分级性能和超高的非线性系数。磁性纳米粒子引入的深层陷阱态使得开关场能够被精确调控。值得注意的是，新型FGMs在每体积百分比1%的填充剂加载下实现了创纪录的高非线性系数和出色的热导率提升效率，同时在电-热循环测试中保持了优异的电性能和热稳定性。鉴于新型FGMs可以通过精确定制应用于不同的电压水平和功率密度场景，这些发现展示了其在下一代电力电子技术和先进电气绝缘系统中的巨大潜力。