摘 要：軟電介質(zhì)薄膜因模量低、可大變形、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電氣和電子系統(tǒng)中。但由于材料的介電常數(shù)較低，通常需要在較高的電場(chǎng)環(huán)境下服役。在高電場(chǎng)環(huán)境下，軟電介質(zhì)薄膜易產(chǎn)生失穩(wěn)和電擊穿破壞，影響著材料的應(yīng)用范圍和穩(wěn)定性。本研究針對(duì)電極對(duì)軟電介質(zhì)薄膜有無(wú)約束兩種情況對(duì)此類器件的穩(wěn)定性展開了研究：首先定量描述了電極對(duì)電介質(zhì)無(wú)約束時(shí)，電壓加卸載過程中失穩(wěn)形貌的演化規(guī)律；其次討論了例如氯化鋰水凝膠等軟電極對(duì)薄膜力電失穩(wěn)的抑制，并利用化學(xué)黏接的方式增強(qiáng)水凝膠電極對(duì)電介質(zhì)薄膜的約束，提升了電介質(zhì)薄膜的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：軟電介質(zhì)薄膜；表面失穩(wěn)；界面黏接；電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：O343.3" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.11776/j.issn.1000-4939.2024.01.015

Experimental study on the effect of interfacial bonding on the critical breakdown field strength of soft dielectric thin films

Abstract：Soft dielectric thin films are widely used in electrical and electronic systems due to their low modulus，large deformation and strong adaptability.However，due to the low dielectric constant of the material，they usually need to serve in high electric field environment.Under high electric field，soft dielectric film is prone to instability and electrical breakdown.It affects the application range and stability of the material.In this paper，the stability of this kind of device is studied under the condition that the electrode’s constraint on the soft dielectric film.First，the evolution law of the instability morphology in the process of voltage loading and unloading is described when the electrode has no constraint on the dielectric.Then，the inhibition of electromechanical instability by soft electrodes such as lithium chloride hydrogel is discussed.The chemical bonding method was used to strengthen the constraint of hydrogel electrode on the dielectric film，and the critical breakdown field strength of the dielectric film was increased.

Key words：soft dielectric film;surface instability；interface bonding；electric field breakdown strength

軟電介質(zhì)薄膜材料具有低模量、大變形、適應(yīng)性極強(qiáng)等特點(diǎn)，在有機(jī)電容器[1]、大變形軟傳感器[2-5]、聚合物驅(qū)動(dòng)器、軟材料孚能裝置[13]中均有重要應(yīng)用。在外加電壓作用下，薄膜受Maxwell應(yīng)力作用，厚度減小的同時(shí)面積增大，進(jìn)而產(chǎn)生大的電致變形[14]。由于薄膜的介電常數(shù)較低，材料往往需要在較高的電壓下才能產(chǎn)生大的變形。但同時(shí)，薄膜在高電壓環(huán)境中易產(chǎn)生力電失穩(wěn)[15]。失穩(wěn)引起材料變形不均勻，導(dǎo)致材料局部場(chǎng)強(qiáng)較高，當(dāng)局部場(chǎng)強(qiáng)接近材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，引起材料電擊穿破壞，影響器件的穩(wěn)定性。因此，抑制軟電介質(zhì)薄膜表面失穩(wěn)的產(chǎn)生，降低局部電場(chǎng)的急劇增高，從而提升軟電介質(zhì)薄膜的臨界電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度，對(duì)于軟結(jié)構(gòu)與器件的壽命和性能具有非常重要的意義。

軟電介質(zhì)薄膜的力電失穩(wěn)主要可以歸為兩大類，一類是上下表面涂有柔性電極材料，如碳黑材料或復(fù)涂碳納米管材料等。其隨著軟電介質(zhì)薄膜的變形而流動(dòng)，此時(shí)電極被認(rèn)為對(duì)彈性體無(wú)任何約束作用，變形僅與薄膜的力學(xué)特性相關(guān)。隨著外加電場(chǎng)的增加，材料變薄，進(jìn)一步導(dǎo)致薄膜所受電場(chǎng)力增大，形成一個(gè)正反饋過程，材料急劇變薄，產(chǎn)生整體的吸合失穩(wěn)[20]，利用這一失穩(wěn)形式學(xué)者們實(shí)現(xiàn)了電致面積變形的突破[21-23]。而通常這一類失穩(wěn)形式在提升面積變形的同時(shí)，通常會(huì)伴隨著材料的電擊穿破壞。而實(shí)驗(yàn)研究表明，軟電介質(zhì)薄膜的電擊穿場(chǎng)強(qiáng)與材料在加電前的預(yù)拉伸相關(guān)[16]，適當(dāng)?shù)念A(yù)拉伸可以抑制薄膜的力電失穩(wěn)，有效提升其臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)，提升材料的穩(wěn)定性。第二類是當(dāng)軟介質(zhì)的一側(cè)受約束另一側(cè)不受約束時(shí)，隨著作用在薄膜內(nèi)的電場(chǎng)力增加，薄膜受到的應(yīng)力逐漸由正變負(fù)，薄膜內(nèi)部應(yīng)力失配，在不受約束一側(cè)產(chǎn)生表面屈曲失穩(wěn)。表面屈曲的產(chǎn)生會(huì)使得薄膜局部的場(chǎng)強(qiáng)急劇升高，材料提前達(dá)到臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)，從而引發(fā)電擊穿，導(dǎo)致器件失效。ZHANG等[25]通過剛性電極約束代替柔性電極材料，論證了電極剛性約束能有效抑制軟電介質(zhì)薄膜表面失穩(wěn)的產(chǎn)生，提升薄膜的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)。

近年來(lái)，因離子導(dǎo)體水凝膠具有導(dǎo)電性良好、可大變形、透明、生物相容性好等特點(diǎn)，以離子導(dǎo)體水凝膠為電極材料，結(jié)合軟電介質(zhì)薄膜，制備了如透明揚(yáng)聲器[8]、驅(qū)動(dòng)器[10，26-27]、機(jī)器魚[28]、柔性傳感器[2，-3]等離子電子器件。在這類全柔性離子電子器件中，如何有效抑制電極與軟介質(zhì)接觸表面的力電失穩(wěn)現(xiàn)象，從而提升軟電介質(zhì)的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)，是我們面臨的新問題。

本研究首先通過在軟電介質(zhì)薄膜表面利用鹽溶液為電極，電極對(duì)薄膜無(wú)約束，觀測(cè)薄膜在電壓加卸載過程中的失穩(wěn)形貌演化規(guī)律。進(jìn)一步，將電極材料替換為離子導(dǎo)電水凝膠電極，分析軟材料電極約束對(duì)薄膜臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響。最后，通過化學(xué)黏接離子導(dǎo)電水凝膠電極與薄膜，提升界面約束力，通過改變界面黏接的強(qiáng)度，分析界面黏接對(duì)薄膜的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究所使用的離子導(dǎo)電水凝膠為含有氯化鋰鹽的丙烯酰胺水凝膠（簡(jiǎn)稱為氯化鋰水凝膠）和氯化鋰聚乙二醇（二醇）二丙烯酸酯（PEGDA）水凝膠，其制備方法如下。

氯化鋰丙烯酰胺水凝膠：在75g去離子水中加入25g丙烯酰胺和2mol/L的氯化鋰，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?；向混合溶液中加入交?lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，含量為丙烯酰胺質(zhì)量的0.01%～0.6%，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?；最后向溶液中加入光引發(fā)劑I2959，質(zhì)量為混合溶液總質(zhì)量的0.1%。在紫外光照30min后成膠。

氯化鋰PEGDA水凝膠：在30g去離子水中加入20g PEGDA和2mol/L的氯化鋰，加熱至

50℃攪拌至完全溶解；向混合溶液中加入0.5g過硫酸銨（約占總質(zhì)量的1%）和5μL的四甲基乙二胺（TEMED）并攪拌至完全溶解；最后將混合溶液加熱至50℃熱固化成膠。

以上所用到的化學(xué)試劑均為麥克林公司相關(guān)化學(xué)產(chǎn)品。

軟電介質(zhì)使用聚丙烯酸酯（VHB）和硅橡膠（Ecoflex）兩種，其中聚丙烯酸酯為3M公司生產(chǎn)的商業(yè)材料VHB膠帶4905和4910。而Ecoflex為美國(guó)smooth-on生產(chǎn)的商業(yè)材料，由預(yù)聚液A液和B液按照質(zhì)量比1∶1均勻混合后，60℃熱固化1h制備得到的。其中VHB的介電常數(shù)在4～4.3，Ecoflex的介電常數(shù)在3.3～3.8。

1.2 界面黏接方法

化學(xué)黏接是基于YUK等[29]2016年發(fā)表的方法，其原理是將二苯甲酮溶于無(wú)水乙醇，利用無(wú)水乙醇將二苯甲酮滲透入彈性體表面內(nèi)，后在紫外光的催化下，使得二苯甲酮的一部分與水凝膠和彈性體接觸界面的氧發(fā)生反應(yīng)，另一部分在彈性體網(wǎng)絡(luò)上引發(fā)自由基參與水凝膠網(wǎng)絡(luò)的聚合。

具體步驟如圖1所示。在金屬電極表面貼上軟電介質(zhì)材料；用二苯甲酮與無(wú)水乙醇的混合溶液浸泡電介質(zhì)的表面2min，令二苯甲酮滲入軟電介質(zhì)內(nèi)。其中二苯甲酮的濃度可以調(diào)控，其可以占混合溶液總質(zhì)量的1%～10%，二苯甲酮濃度越高，光照后的界面黏接強(qiáng)度越強(qiáng)；先通過去離子水和無(wú)水乙醇分別沖洗軟電介質(zhì)的表面，充分去除其表面殘留的二苯甲酮溶液，防止其在電介質(zhì)表面結(jié)晶影響后續(xù)界面黏接的性能，后將混合好的水凝膠預(yù)聚液倒入處理好的軟電介質(zhì)表面；紫外光照30min，既使得水凝膠完成固化，同時(shí)通過紫外光引發(fā)軟電介質(zhì)中滲入的二苯甲酮與水凝膠以及電介質(zhì)完成鍵合；實(shí)現(xiàn)水凝膠與軟電介質(zhì)的化學(xué)黏接。

1.3 界面黏接強(qiáng)度的測(cè)量方法

水凝膠與軟電介質(zhì)的界面黏接強(qiáng)度采用如圖2所示的90°剝離的方法進(jìn)行測(cè)量。

依照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 2861，固定向上拉力的速度為50mm/min，記錄拉力隨時(shí)間的變化曲線，當(dāng)剝離過程進(jìn)入一個(gè)平臺(tái)期時(shí)，記錄此時(shí)的剝離力，界面黏接強(qiáng)度Γ是通過平臺(tái)期力F除以試件寬度w計(jì)算而得的。分別測(cè)量經(jīng)過不同濃度二苯甲酮溶液處理后，水凝膠與軟電介質(zhì)的界面黏接強(qiáng)度。其中水凝膠尺寸為長(zhǎng)80mm、寬15mm、厚3mm。剛性背板為厚度為50μm的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料。彈性體是厚度500μm的VHB。

1.4 軟電介質(zhì)表面力電失穩(wěn)觀測(cè)方法和裝置

本研究所使用的試驗(yàn)裝置如圖3所示[25]。待觀察的結(jié)構(gòu)為上下電極和其中間的軟電介質(zhì)薄膜，在亞克力板上貼有透明電極氧化銦錫（ITO）作為下電極，對(duì)下表面形成剛性約束，同時(shí)便于通過投射式顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)。為防止當(dāng)彈性體受電場(chǎng)作用急劇變薄后由于局部場(chǎng)強(qiáng)過大而瞬間電擊穿，在電極的表面貼上一層商業(yè)絕緣材料Kapton薄膜，模量大約在2.5GPa，厚度為100μm。在Kapton薄膜的表面旋涂Ecoflex預(yù)聚液加熱（時(shí)間和溫度）固化，所得Ecoflex薄膜平均厚度在50μm左右。觀測(cè)中，顯微鏡采用的是透射式顯微鏡。

首先考慮軟電介質(zhì)薄膜一邊自由的情況，研究其失穩(wěn)形貌的演化隨電壓加卸載之間的關(guān)系。如圖3（a）示，上電極選用氯化鈉溶液，利用鹽溶液導(dǎo)電作為上電極，同時(shí)溶液對(duì)軟電介質(zhì)薄膜無(wú)任何界面約束作用。為研究凝膠電極的作用，測(cè)量凝膠為電極時(shí)薄膜的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)，上電極選用氯化鋰水凝膠，由于凝膠具有固體特性，材料本身對(duì)軟電介質(zhì)薄膜存在一定程度的范德華力約束，除此之外還可以進(jìn)一步通過界面黏接增強(qiáng)界面約束，分析不同界面約束對(duì)電介質(zhì)薄膜臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響。引入黏接時(shí)，其制備過程如1.2所示，試驗(yàn)裝置如圖3（b）所示。

2 軟電介質(zhì)薄膜表面失穩(wěn)隨電壓加卸載過程的演化

在很多利用軟電介質(zhì)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能的應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)快速驅(qū)動(dòng)變形響應(yīng)，通常施加在電介質(zhì)上的電壓速率都很高。例如在透明揚(yáng)聲器中，實(shí)現(xiàn)電介質(zhì)薄膜的震動(dòng)發(fā)聲[8]；在機(jī)器魚中，實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)向[29]；在飛行器上實(shí)現(xiàn)翅膀震動(dòng)[12]等。在這些應(yīng)用中，施加在軟電介質(zhì)材料上的電壓加載速率通常都高達(dá)500V/s，甚至1000V/s或更高。

為了研究電壓加卸載速率對(duì)軟電介質(zhì)表面力電失穩(wěn)的影響，首先控制電壓加卸載速率為100V/s，得到的軟電介質(zhì)表面失穩(wěn)演化規(guī)律如圖4（a）、（c）所示。隨著電壓加載至失穩(wěn)產(chǎn)生的臨界電壓6kV時(shí)，軟電介質(zhì)表面開始產(chǎn)生折痕失穩(wěn)；隨著電壓持續(xù)加載折痕逐漸擴(kuò)大；在7kV左右折痕尺寸趨于穩(wěn)定；在7～8.5kV之間，隨著電壓加載，折痕尺寸保持穩(wěn)定，密度逐漸增加；在8.5～12kV，折痕尺寸逐漸增大；隨后隨著電壓卸載，折痕的消失存在一個(gè)明顯的滯回現(xiàn)象。

為了將上述演化規(guī)律定量化，首先要對(duì)觀測(cè)到的失穩(wěn)形貌進(jìn)行尺寸的定義，便于分析失穩(wěn)隨電壓加卸載的演化規(guī)律。因此采用如圖4（b）所示的參數(shù)設(shè)定方法：定義其長(zhǎng)度為xy兩個(gè)方向的直徑取平均值，通過多次測(cè)量計(jì)算失穩(wěn)凹坑的xy兩個(gè)方向的直徑均值，作為凹坑的等效直徑。

由于如圖所示折痕的直徑小于35μm，則彈性體在產(chǎn)生表面失穩(wěn)的過程中變形的尺度極小，材料仍處在彈性變形階段，因此滯回不是由彈性體的黏彈性引起的，由于滯回發(fā)生在電壓卸載過程，考慮可能是因?yàn)樾遁d過程中電荷殘留引起的滯回現(xiàn)象。

上述試驗(yàn)證明了軟介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，無(wú)約束表面會(huì)形成明顯的凹坑折痕失穩(wěn)。失穩(wěn)處局部場(chǎng)強(qiáng)高于未失穩(wěn)表面，當(dāng)折痕失穩(wěn)處場(chǎng)強(qiáng)接近材料極限擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，材料在折痕處發(fā)生電擊穿破壞。因此說(shuō)明，當(dāng)界面無(wú)約束或約束不足時(shí)，失穩(wěn)是導(dǎo)致軟電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下?lián)舸┢茐牡闹饕蛑弧?/p>

3 界面黏接抑制失穩(wěn)

WANG等[24]證明了如導(dǎo)電碳板、金屬電極等不可拉伸材料做電極時(shí)，電極對(duì)軟電介質(zhì)薄膜的剛性約束，抑制了其表面失穩(wěn)，阻止局部場(chǎng)強(qiáng)的升高，使得軟電介質(zhì)能夠承受更高的電場(chǎng)作用，起到提升臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)的目的。而離子導(dǎo)電水凝膠電極作為一種可拉伸材料，材料會(huì)隨著薄膜的變形而變形，因此對(duì)于水凝膠做電極的這一類水凝膠與軟電介質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其力電失穩(wěn)對(duì)薄膜穩(wěn)定性的影響還需要進(jìn)一步的研究探討。

本研究首先在軟電介質(zhì)薄膜的表面固化離子導(dǎo)體水凝膠作為電極，但水凝膠電極與薄膜無(wú)黏接，僅依靠范德華力約束。研究水凝膠電極與不可拉伸電極對(duì)薄膜力電失穩(wěn)影響的不同。進(jìn)一步通過在電極和薄膜之間施加界面黏接提升對(duì)軟電介質(zhì)的約束能力，使得軟介質(zhì)在相同電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，因受更大的黏接約束變形更小，抑制折痕失穩(wěn)的產(chǎn)生。因此提出了如圖5所示的假設(shè)，當(dāng)電極為鹽溶液（NaCl溶液）時(shí)，電極對(duì)薄膜無(wú)任何約束作用，隨著電壓的加載，薄膜表面產(chǎn)生折痕失穩(wěn)；當(dāng)電極為離子導(dǎo)電水凝膠，但電極與薄膜僅通過物理接觸時(shí)，電極對(duì)薄膜存在一定程度的約束，略微抑制了薄膜的表面失穩(wěn)；進(jìn)一步當(dāng)將離子水凝膠電極與薄膜黏接過后，界面約束的增加進(jìn)一步抑制了薄膜的表面失穩(wěn)。

為了驗(yàn)證這一猜想，本研究選用了兩種不同的軟介質(zhì)彈性體Ecoflex和VHB膠帶進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)中為了排除材料厚度可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響，試驗(yàn)中控制所制備的氯化鋰水凝膠厚度均為3mm，Ecoflex預(yù)聚液旋涂于電極表面后熱固化，整體厚度大約為50μm左右。VHB使用厚度為500μm的商業(yè)材料。在軟電介質(zhì)的表面分別使用NaCl溶液電極、碳黑涂料、氯化鋰水凝膠電極。測(cè)試不同電極約束條件下軟材料的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)。其中水凝膠分別采用不黏接置于軟介質(zhì)表面，以及通過表面處理黏接于軟介質(zhì)表面兩種不同方式。

3.1 界面約束與臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系

通過在上下電極施加一個(gè)速率為100V/s的高壓電，一旦發(fā)生生電擊穿現(xiàn)象，記錄擊穿時(shí)的電壓為Φc，此時(shí)的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)可計(jì)算為Φc/H，其中H為軟介質(zhì)層的厚度。其結(jié)果如圖6（a）～（b）所示。對(duì)于不同的軟電介質(zhì)薄膜，均有相類似的結(jié)論，即軟電極會(huì)一定程度的抑制折痕失穩(wěn)，使得軟介質(zhì)的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)有一定的提升；氯化鋰水凝膠與軟電介質(zhì)薄膜接觸界面的界面黏接能顯著提升軟介質(zhì)材料的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)。

本研究進(jìn)一步改變了軟電極的模量和種類，結(jié)果如圖6（c）所示。軟介質(zhì)選用VHB。電極分別為兩種剪切模量分別為23kPa和117kPa的氯化鋰水凝膠（水凝膠的模量通過1.1節(jié)中交聯(lián)劑的含量控制，含量越高模量越高），和一種剪切模量為1.1MPa的含1mol/L氯化鋰的PEGDA水凝膠。材料模量均通過單軸拉伸試驗(yàn)測(cè)得，均采用有效拉伸尺寸為厚2mm、長(zhǎng)12mm、寬2mm的啞鈴型試件，所得應(yīng)力-應(yīng)變曲線通過Neo-Hookean模型計(jì)算得其剪切模量。

對(duì)于水凝膠電極與軟介質(zhì)不黏接的情況，隨著水凝膠電極剪切模量G的提升，臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)提升；對(duì)于水凝膠電極與軟介質(zhì)黏接的情況，不同模量的水凝膠電極在施加一個(gè)較強(qiáng)的界面黏接后，其臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)均接近36MV/m。與圖6（b）中上電極為金屬電極時(shí)，測(cè)得的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)近似。因此，可以證明，在軟電極和軟介質(zhì)接觸界面采用界面黏接的方法，可以有效抑制軟介質(zhì)在電場(chǎng)作用下的表面失穩(wěn)的產(chǎn)生，從而提升軟介質(zhì)的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)。其中試驗(yàn)過程中的誤差是由電極缺陷、黏接均勻程度造成的。

3.2 界面黏接強(qiáng)度對(duì)電介質(zhì)薄膜臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響

為了進(jìn)一步證明界面黏接是抑制軟介質(zhì)與軟電極接觸界面力電失穩(wěn)的主要因素之一?？梢酝ㄟ^調(diào)控二苯甲酮溶液的比例，改變水凝膠與彈性體界面的黏接強(qiáng)度：分別采用二苯甲酮質(zhì)量占比1%、2%、3.3%、10%的4種不同濃度的溶液處理彈性體的上表面，與氯化鋰水凝膠進(jìn)行黏接。并通過1.3節(jié)所述90°剝離實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同濃度二苯甲酮溶液處理過后的彈性體與水凝膠的黏接強(qiáng)度，其結(jié)果如圖7（a）所示，其中二苯甲酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、2%、3.3%，3種情況下，剝離實(shí)驗(yàn)破壞發(fā)生在黏接界面，黏接能分別為290、430、665J/m2，而二苯甲酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，破壞發(fā)生在凝膠層而非界面，測(cè)得的黏接能與水凝膠韌性接近，黏接能為915J/m2。進(jìn)一步通過電擊穿試驗(yàn)測(cè)得水凝膠電極與軟介質(zhì)界面黏接強(qiáng)度與軟介質(zhì)臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系如圖7（b）所示。隨著黏接強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)逐漸升高，趨近于剛性電極約束時(shí)的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)約36MV/m。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究首先觀測(cè)了軟介質(zhì)表面無(wú)約束情況下，隨著電壓加卸載，失穩(wěn)形貌的演化規(guī)律。失穩(wěn)的演化存在一個(gè)明顯的滯回。軟電介質(zhì)薄膜的表面失穩(wěn)導(dǎo)致其局部凹陷，場(chǎng)強(qiáng)激增，是引起電介質(zhì)提前電擊穿破壞的主要原因。

為了進(jìn)一步提升軟材料器件的穩(wěn)定性，本研究通過引入電極與軟介質(zhì)之間的界面黏接，提升界面約束力，抑制了電介質(zhì)表面失穩(wěn)的產(chǎn)生。證實(shí)了對(duì)于不同模量的軟電極，界面黏接約束后的軟介質(zhì)臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)總是高于無(wú)黏接約束的情況。通過調(diào)控界面不同黏接強(qiáng)度，隨著界面黏接強(qiáng)度的提升，軟介質(zhì)臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)逐漸升高。證明了電極與電介質(zhì)薄膜的界面黏接約束是抑制失穩(wěn)提升其臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)的方法之一。給軟材料離子電子器件的穩(wěn)定性提供了新思路。

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