[发明专利]一种基于界面粘接提升软介电材料电场击穿强度的方法

说明书

一种基于界面粘接提升软介电材料电场击穿强度的方法，首先确定电极和软介电材料的种类，然后对确定的电极与软介电材料采用界面粘接的方式对两者接触界面进行增强，针对不同的电极种类分别采用以下三种方式进行增强；本发明通过电极和软介电材料界面约束形式，既能够抑制表面失稳的产生，还能够保持材料一定的变形能力，提升了软电介质与电极接触界面的界面强度。

技术领域

本发明属于介电材料技术领域，特别涉及一种通过电极与弹性体界面粘接提升软介电材料电场击穿强度的方法。

背景技术

软介电材料被广泛的应用于制作绝缘层、传感器、换能器等。绝缘层起到保护器件不被电击穿的作用；在传感器中作为变形单元，改变电阻、电容等电学参数实现传感；在换能器中作为驱动单元，通过介电弹性体结构的驱动变形实现电能向机械能的转化。因此软介电材料在电场作用下的稳定性是很重要的。

而文献“Electrostriction in elastic dielectrics undergoing largedeformation”(Xuanhe Zhao and Zhigang Suo,Journal of Applied Physics)中指出，软介电材料在电场作用下会产生电致大变形。进一步在文献“Creasing to CrateringInstability in Polymers under Ultrahigh Electric Fields”(Qiming Wang,LinZhang,and Xuanhe Zhao,Physical Review Letter)中，利用这种软介质在电场中的变形原理，当软介质一侧表面受到完全约束时，在电场作用下另一侧表面会产生表面失稳现象。并且失稳的产生会因此使得软介质局部变得更薄而使得局部场强急剧升高。根据这一软介质在电场作用下存在的失稳现象，文献“Mechanical constraints enhance electricalenergy densities of soft dielectrics”(Lin Zhang,Qiming Wang,and Xuanhe Zhao,Applied Physics Letters)中提出，软介质在电场作用下产生的表面失稳是使得材料提前发生电击穿的主要原因。然而文章中选用的都是刚性电极，直接置于弹性体表面，讨论的是刚性电极约束对软介质表面失稳的抑制，从而提升软介质的电场击穿强度。但是刚性电极限制了软介质材料的驱动能力，大大减少了其应用范围。并且电极本身与软介质只存在物理接触，依靠范德华力对弹性体施加约束，并不能完全抑制失稳，没有考虑改变软介质和电极的界面键和强度对软介质电场击穿强度的影响。

在现有文献中，针对软介电材料在电场中因电致大变形易产生失稳，导致材料提前电击穿的问题，对于抑制失稳的方法讨论还不够充分。文献中仅给出了刚性电极会约束表面，一定程度的抑制失稳。然而在实际应用背景中，由于软介电材料需要变形、驱动，刚性电极会极大的限制材料的应用范围，而如果换用复涂电极或者软电极，仅仅依靠文献中提到的范德华力约束，不足以抑制软介电材料表面失稳的产生，软介电材料依然会因为失稳而降低其电场击穿强度。因此缺少一种界面约束形式，既能够抑制表面失稳的产生，还能够保持材料一定的变形能力，不限制材料的应用。

发明的内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于界面粘接提升软介电材料电场击穿强度的方法，通过电极和软介电材料界面约束形式，既能够抑制表面失稳的产生，还能够保持材料一定的变形能力，提升了软电介质与电极接触界面的界面强度。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于界面粘接提升软介电材料电场击穿强度的方法，包括如下步骤：

步骤一：确定电极和软介电材料的种类：电极种类选取金属导体电极、高分子导电硬材料电极、导电软材料电极；软电介质种类选取高介电常数软材料；

步骤二：对确定的电极与软介电材料采用界面粘接的方式对两者接触界面进行增强，针对不同的电极种类分别采用下三种方式进行增强：