聚酰亚胺纳米复合绝缘体系中TiO₂颗粒团聚现象的微观作用机制研究

黄旭炜¹，李庆民¹，邹亮²

1. 华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室2. 山东大学电气工程学院

摘 要：为研究聚酰亚胺-二氧化钛（PI-TiO₂）复合材料中纳米颗粒团聚现象的微观作用机制,利用反应分子动力学构建并计算了含有不同纳米颗粒尺寸和数量的PI-TiO₂复合仿真体系中纳米颗粒的运动过程,结合微观运动过程中化学键与氢键的变化趋势,分析了聚酰亚胺基体中纳米颗粒发生团聚现象的作用机理。结果表明:由于边沿缺位原子的非饱和性,TiO₂纳米颗粒将与氢键受力的聚酰亚胺分子发生相向运动,并与之形成Ti-O-C桥接化学结构,这是导致纳米颗粒团聚的主要原因。基于体系能量分解的研究表明,纳米颗粒是在电荷转移能、静电势能及分子间作用能等微观能量的共同作用下趋于团聚。最后,利用原位聚合法制备了含不同TiO₂质量分数的PI-TiO₂纳米复合薄膜,根据扫描电子显微镜（SEM）测试中呈现的团聚分布特征,验证了上述团聚现象的发生机理。

关键词：纳米二氧化钛;团聚;聚酰亚胺纳米复合薄膜;反应分子动力学;原位聚合法;