【摘 要】
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随着基于导电复合材料的柔性触觉传感器不断发展,设计具有优良特性的柔性导电复合材料成为一个迫切的需求,具有高性能低成本等优势的碳纳米管填充导电复合材料因此受到广泛关注。碳纳米管填充导电复合材料的电学性能依赖于多项参数,在实验中难以精准高效控制。计算机建模与仿真技术能精确控制研究中各项参数变化,为研究材料特性提供低成本、高效的方法,被广泛应用于复合材料电学特性研究。本文采用计算机建模与仿真技术,基于碳
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随着基于导电复合材料的柔性触觉传感器不断发展,设计具有优良特性的柔性导电复合材料成为一个迫切的需求,具有高性能低成本等优势的碳纳米管填充导电复合材料因此受到广泛关注。碳纳米管填充导电复合材料的电学性能依赖于多项参数,在实验中难以精准高效控制。计算机建模与仿真技术能精确控制研究中各项参数变化,为研究材料特性提供低成本、高效的方法,被广泛应用于复合材料电学特性研究。本文采用计算机建模与仿真技术,基于碳纳米管在复合材料中的实际形态构建折线碳纳米管模型,考虑碳纳米管粒子在聚合物基体中分布的边界条件和粒子间距离关系,采用k-d树算法搜索最近邻粒子,结合随机填料去除法,高效建立一系列包含不同体积分数粒子的碳纳米管填充复合材料三维模型;基于三维模型中的导电网络建立碳纳米管间距离矩阵,结合碳纳米管复合材料导电机理生成碳纳米管间电阻矩阵,应用大型纯电阻网络等效电阻计算方法快速准确求解电阻矩阵,得到复合材料电导率。仿真模型电导率计算结果和实验数据高度一致,表明本文构建的电导率仿真模型可准确预测复合材料电导率。应用本文建立的碳纳米管填充导电复合材料电导率仿真模型,计算碳纳米管长径比、不导电填料以及碳纳米管空间分布等参数变化时复合材料电导率。结果表明:基于本文建立的仿真模型可得到复合材料电导率随不同参数改变的规律,为电子皮肤和柔性传感器等领域中高性能碳纳米管填充导电复合材料设计提供理论参考。
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