类洋葱渐进隧道模型在预测炭黑填充天然橡胶复合材料导电性中的应用

《Journal of Applied Polymer Science》：Onion-Like Progressive Tunneling Model for Predicting Electrical Conductivity in Carbon Black-Filled Natural Rubber Composites

本研究提出了一种结合蒙特卡洛方法和两种代表性体积元素（均匀与非重叠面心立方）的模拟框架，用于研究碳黑填充导电天然橡胶的导电性和渗透行为。通过引入渐进隧道效应和可变隧道距离，模型与实验数据高度吻合（平均绝对百分比误差5.2%），为高效评估和优化导电橡胶电性能提供了物理基础。

　　

摘要

填充有炭黑（CB）的导电天然橡胶复合材料（CNRs）因其可调的电学性能而被广泛用于柔性传感应用。本研究提出了一种模拟框架，该框架结合了蒙特卡洛方法与两种代表性的体积元素（RVE）模型——均匀模型（Uni-RVE）和重叠面心立方模型（OFCC-RVE），以研究填充炭黑的CNRs的电导率和渗透行为。为了更真实地表示与距离相关的导电性，引入了类似洋葱层的渐进式隧穿效应。OFCC-RVE模型考虑了颗粒聚集和可变的隧穿距离，其结果与实验数据高度吻合。通过应用幂律衰减函数来描述不同颗粒间距下的导电率衰减情况。该模型与实验测量结果的平均绝对百分比误差仅为5.2%，体现了其预测的准确性和效率。这种方法为评估和优化导电橡胶复合材料的电学性能提供了一个计算效率高且基于物理原理的框架。