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1、复合材料学报第24卷第4期8月2007年ActaMateriaeCompositaeSinicaVol124No14August2007文章编号:100023851(2007)0420022207纳米掺杂复合材料的特殊介电性能模拟3刘英,曹晓珑(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049)摘要:基于双势阱模型,利用蒙特卡罗随机模拟法,采用偶极子系统不同构成方式研究了以高分子聚合物为基料、纳米颗粒掺杂所形成的复合材料的特殊介电性能,即剩余极化和快松弛现象。研究表明:偶极子系统可以模拟不同电介质材料的微观构成,其对外加激励的响应能反映所研究材料的介电特性,而系统趋于稳定的迭代过
2、程可以表征材料在外电场中的极化松弛速率。本文的模拟结果与文献报道一致,该方法为研究材料介电特性提供了一种简便有效的技术手段,并可作为实验室开发具有特殊性能新型介质材料的辅助工具。关键词:双势阱模型;蒙特卡罗法;偶极子系统;纳米复合介质;极化松弛特性中图分类号:TB332;TM247文献标识码:ASimulationofspecialdielectricpropertiesofnano2filledcomposites3LIUYing,CAOXiaolong(TheStateKeyLabofElectricalInsulationandPowerEquipment,XipanJiaotongU
3、niversity,Xipan710049,China)Abstract:BasedonthedoublewellpotentialtheoryandMonteCarlorandomsimulationmethod,thespecialdielec2tricproperties,namelytheresidualpolarizationandfastrelaxationphenomena,ofpolymericcompositesfilledwithnano2particlesaresimulatedusingthedipolesystemofdifferentconstitutions.I
4、tisshownthatthedipolesystemcansimulatedifferentmicroscopicconstitutionsofdielectricmaterials,anditsresponsetoappliedstimuluscancharac2terizedielectricpropertiesofmaterials,andtheiterationtimeneededforthesystemtostabilizecanrepresentthepo2larizationrelaxationvelocityofdielectricsundertheelectricalfi
5、eld.Thissimulationmethodissimpleandeffectiveformaterialpropertyresearch,anditmayhelpdevelopingnewmaterialswithspecialproperties.Keywords:doublewellpotentialmodel;MonteCarlomethod;dipolesystem;nano2filledcomposite;polarizationrelaxationproperty采用掺杂方式对聚合物材料改性,或者开发具的微观界面表现出许多特殊性质,而掺杂纳米颗粒有特殊效应的新型材料,是目前
6、材料科学领域广泛后的复合材料极化松弛特性也发生了变化。[124]采用的技术手段。其中,纳米掺杂复合电介质在研究材料性能、揭示各种介电现象的物理本是近期的一个热门研究领域。用纳米粒子填充改性质,探寻其发生规律和影响因素的过程中,常采用[10,11]聚合物,是形成高性能高分子复合材料的重要手模拟方法。在目前的材料学计算机模拟研究段,这些复合材料通常在较低的掺杂含量下,即可中,应用最多的是分子动力学和蒙特卡罗方法。其显著提高性能,与传统的微米掺杂复合材料相比质中,蒙特卡罗法更适用于研究微观粒子的运动,在[528]量轻,更容易加工。Lewis等学者提出,纳米介对材料中电子的运动和碰撞,晶粒的生长和变
7、化等质中存在一个非常重要的结构特征———纳米尺度下研究中应用广泛。近年来,国外学者将这种方法引的界面结构,它是引起纳米电介质特异性能的重要入到电介质领域的研究中,利用它来模拟固体电介原因,甚至可以认为界面和纳米电介质在本质上是质的极化特性、铁电回线、空间电荷松弛等,并开[12214]同义的,纳米尺度下的界面及界面相互作用是聚合始初步探索复合介质的极化现象。[9]物纳米复合电介质最主要的特征。在纳米尺度下在电介
