1. 微纳尺度间隙电气击穿特性及其物理机制研究                             

宏观尺度间隙击穿特性研究已经相当成熟，而对微纳尺度电气击穿特性的研究非常少见。课题组建立了国际上第一套纳米尺度放电原位测试系统。该系统通过整合超高分辨扫描电镜（SEM）和聚焦离子束（FIB），引入高压试验子系统、放电电压电流测试子系统、光谱测试子系统及光学观察子系统，可实现原位纳米尺度放电试样加工，原位材料微观结构与成分分析、原位电学观测、光学观测和光谱测试。

 以往微纳尺度击穿特性的研究尺度大多在500nm以上，本研究利用纳米尺度放电原位测试系统，将放电击穿特性的研究尺度拓展到30nm，得到其介电强度在0.7×109 V/m-1.2×109V/m之间。

以往多为不同电极材料种类（铜、铝、不锈钢等）对放电特性影响的研究，很少涉及电极材料晶体类型及结构对放电规律的影响。本研究重点关注电极材料（铜、铝、镁、钨、钼等）的晶体结构（单晶、多晶、无定形态）对放电起始电子的发射和输运过程的影响，发现单晶金属的击穿阈值要明显高于多晶金属，多晶金属中晶界和晶体缺陷降低了电子发射的场强阈值。

2. 二维BN薄膜材料的制备及高场强下晶体结构演变规律的原位研究

分别于牛津大学材料系Jamie Warner教授，澳洲国立大学化学系Zongyou YIn教授合作开展单原子层和多原子层的六方氮化硼（h-BN）薄膜的制备和转移技术研究，并利用In-situ TEM技术原位研究在高场强（电应力）作用下原子层BN薄膜的晶体结构演变规律及其电学特性的变化特性。二维BN薄膜因具有优良的化学稳定性、热稳定性、高热导率、高电阻率、低介电常数以及高击穿电场等特性，在复合材料合成、光电子纳米器件以及下一代微电子器件中栅介质层材料等领域具有巨大的应用前景。

以往对于原子层薄膜的电学特性研究主要通过原子力显微镜AFM建立的测试系统，无法开展晶体结构的实时观察。本研究利用透射电子显微镜（TEM）的原位电学测试平台（STM-TEM Electrical Probing）研究单层和多层BN薄膜在高场强（电应力）作用下样品晶体结构的演变规律。

以往原子层薄膜样品通常依托于基底，而基底材料的性质对薄膜本征特性具有较大影响。为探索原子层薄膜的本征特性，本研究通过改进BN薄膜的Transfer技术，可实现具有较大表面积（50μm2）的悬空薄膜的制备。

 3. 极端电磁环境下典型电气电子物理结构绝缘性能评价     

通过试验研究和理论分析，研究了在强电磁环境的直接和耦合作用下，电子、通信、控制系统中典型物理结构（如MEMS结构、电路板、信号电缆、电器接插件等）的性能演变特性和破坏规律，并进一步提出相应的性能与寿命评价测试方法，为极端电磁环境下的电气电子设备的正常运行提供重要的技术支撑。

针对微米尺度击穿发展过程，结合具有长工作距离物镜的高倍率光学显微镜和高速 ICCD 相机+高速光谱仪建立微米尺度击穿特性的原位光学测试系统，将微米间隙放电光信号进行高效收集、成像放大，并通过脉冲信号的同步触发技术，对击穿发展瞬态过程进行时间和空间分辨率的光学图像采集和光谱测量分析，得到了微米尺度击穿过程不同阶段的放电形貌特征和击穿时延特性，为微米尺度击穿物理机制分析提供重要依据。

 4. 环氧及其复合介质材料的真空沿面闪络特性研究      

针对在电力设备和大功率脉冲功率装置中应用广泛的环氧基材料，分别开展了环氧及其微纳米添加（SiO2、TiO2、Al2O3等）的复合材料的真空沿面闪络性能研究。系统地研究了不同复合介质材料、不同高功率脉冲作用下闪络特性，涉及不同填料、不同粒径、不同配比等因素，并基于场致发射和电子发射肖特基效应，建立了脉冲陡度与介质闪络电压的关系。