Zur Verbesserung der Alterungs- und Durchschlagprobleme von Isoliermaterialien, die durch ungleichmäßige Verteilung des elektrischen Feldes in Hochspannungs-Elektroanlagen verursacht werden, wird in dieser Studie eine neue Methode vorgeschlagen, um die nichtlineare Leitfähigkeit von SiC-Nanodraht/Epoxidharz-Verbundwerkstoffen durch magnetfeldinduzierte Orientierung zu verbessern. Zunächst wurden magnetische Fe₃O₄-Nanopartikel auf der Oberfläche der SiC-Nanodrähte aufgetragen, um deren Magnetfeldantwortfähigkeit zu verleihen. Anschließend wurde unter Einwirkung eines externen Magnetfeldes ausgehärtet, wodurch eine longitudinale, geordnete Anordnung der Nanodrähte in der Epoxidharzmatrix erreicht wurde. Die Studienergebnisse zeigen, dass die mit dieser Methode hergestellten orientierten Verbundwerkstoffe bereits bei niedrigem Volumenanteil eine ultrahohe nichtlineare Leitfähigkeit aufweisen, wobei der Nichtlinearitätskoeffizient bei einer Füllung von 5 % bis zu 30,88 erreicht, und alle orientierten Proben einen Koeffizienten über 15 aufweisen. Durch die Steuerung des Volumenanteils der SiC@Fe₃O₄-Füllstoffe und der Beladung mit Fe₃O₄ kann die Schwellfeldstärke des Verbundwerkstoffs effektiv eingestellt werden. Kombiniert mit XPS-Analysen und Erste-Prinzipien-Berechnungen wurde bestätigt, dass durch die spontane Elektronenübertragung an der Grenzfläche von SiC und Fe₃O₄ ein eingebautes elektrisches Feld und eine Schottky-Barriere entstehen, was der dominierende Faktor für die nichtlineare Leitfähigkeit ist. Thermisch stimulierte Strommessungen zeigen ferner auf, dass die Fe₃O₄-Beladung durch die Einführung von tiefen Fallenenergien die Schwellfeldstärke steuert. Diese Studie bietet eine neue Vorbereitungsstrategie und theoretische Grundlage für die Entwicklung hochleistungsfähiger nichtlinearer Isoliermaterialien.

Epoxidharz; SiC-Nanodrähte; magnetische Orientierung; nichtlineare Leitfähigkeit; Schottky-Barriere