随着电子设备功率密度和集成度的显著提升，潜在的静电放电威胁不容忽视，长期电荷积累将严重威胁电子器件的可靠性。具有可逆导电-绝缘性能的非线性电导复合电介质被视为自适应消散电荷的有效解决方案。然而，基于传统“back-to-back”双肖特基势垒结构的复合电介质非线性系数和阈值场强难以精确调控，同时构建长程渗流路径往往需要较高的填充体积（超过30%）。因此，迫切需要开发低填充、高稳定性及可灵活调控的导电-绝缘可逆电介质。

  近期，华南理工大学王瑞副教授和谢从珍教授联合深圳大学徐华松助理教授，提出了一种基于大面积静电纺丝技术的梯度掺杂策略，实现超低渗流阈值下的高稳定非线性电导复合电介质。

  2026年2月12日，该工作以“Reversible dielectric polymers with switchable conduction and insulation for electrostatic protection”为题发表在《自然·通讯》上（Nat. Commun. 2026,）。文章第一作者是深圳大学电子与信息工程学院徐华松助理教授，华南理工大学电力学院王瑞副教授和谢从珍教授为文章的共同通讯作者。文章的共同完成单位还包括新加坡南洋理工大学和华北电力大学。该工作获得国家自然科学基金委、深圳市高层次引进特聘岗位人才项目和深圳大学青年教师基金的支持。

  与传统“背对背”双肖特基势垒结构不同，该工作提出了一种“step-by-step”双肖特基势垒结构，可通过材料组成独立且精确的调控两侧势垒高度（图1）。具体而言，选择WO₃/Ga₂O₃与SiC构建阶梯式导带分布，从而影响异质结界面的电荷分布形成内建电场（图2）。通过原子力显微镜对单根纳米纤维进行原位电学测试可以发现，典型的场强调控参数（如阈值电场E_c）与金属氧化物半导体的掺杂浓度直接相关，而非线性系数不仅取决于肖特基势垒高度，还受纳米纤维的微观结构和异质性的影响（图3）。

  基于上述新的认识，研究团队利用大面积静电纺丝技术将纳米纤维膜以不同构型（分别为水平、垂直及卷绕取向）及负载量复合到聚合物介电基体中，所得环氧纳米复合材料在创纪录的低填充量（0.3 vol%）下展现出优异的电场调控性能与电荷释放能力（图4）。由发光二极管与环氧纳米复合材料构成的保护电路验证了该功能梯度材料的优越性与快速响应特性（图5）。该工作提出的策略为解决高电场乃至放电环境下实现优异电场自适应调控性能这一难题提供了有价值的思路。

图1 SiC-Ga₂O₃-WO₃纳米纤维理化性能表征及“阶梯式”肖特基势垒模型

图2 SiC-GaW杂化体系的密度泛函计算

图3 SiC-GaW纳米纤维的电气性能

图4 纳米复合材料制备与表征

图5 纳米复合材料的实际应用验证

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69497-8