Molecular-dynamics study on the thermodynamic properties of nano-SiO2 particle-doped silicone rubber composites

材料科学 复合材料 硅橡胶 体积分数 纳米颗粒 纳米复合材料 兴奋剂 电介质 集聚经济 分子动力学 分子间力 聚合物 天然橡胶 化学工程 纳米技术 化学 分子 有机化学 计算化学 光电子学 工程类
作者
Guangzhi Guo,Juning Zhang,Xi Chen,Xuefeng Zhao,Junbo Deng,Guanjun Zhang
出处
期刊:Computational Materials Science [Elsevier BV]
卷期号:212: 111571-111571 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.commatsci.2022.111571
摘要

Polymer dielectric materials doped with nanoparticles show promising applications in the insulation of electrical equipment. In experiment, however, the doping amounts of nanoparticles significantly affect the mechanical and dielectric properties of polymer nanodielectrics. In this paper, the doping amounts and agglomeration of nanoparticles are considered in molecular dynamics (MD) simulations to reveal the probable microscopic mechanism. The effects of doping amounts and agglomeration of nano-SiO2 particles on the thermodynamic properties of silicone rubber (SR) nanocomposites are studied from the aspects of the mean square displacement, free volume fraction, pore size distributions, interaction energy, cohesive energy density and hydrogen bond analysis. The results show that with increasing doping amounts of nano-SiO2, the interfacial interactions and intermolecular force of the SR composites are enhanced. Therefore, the mean square displacement, the free volume fraction and the maximum pore size for SR composites all decrease, which is beneficial to the improvement of mechanical and dielectric performances for nano-SiO2/SR composites. However, the agglomeration of nano-SiO2 particles (the increase of the size of nanoparticles), will lead to a decline in the intermolecular forces among SR chains and the destruction of hydrogen bond networks. Therefore, the mean square displacement, the free volume fraction and the maximum pore size in SR composites will increase, which will degrade the mechanical and dielectric performances of SR composites. This work reveals a generalized relationship between the doping amounts and agglomeration of nanoparticles and the thermodynamic properties of polymer dielectric composites.
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