Simulating lattice thermal conductivity in semiconducting materials using high-dimensional neural network potential
我们证明了一个高维神经网络势（HDNNP）可以预测的半导体材料的晶格热导率与密度泛函理论（DFT）计算的准确性。在基于力的训练过程之后，由HDNNP和DFT预测的力之间的均方根误差小于40 meV/m2。作为典型的例子，我们提出了Si和GAN体晶体的结果。与使用DFT计算的热导率的偏差对于Si在200至500 K在1%以内，对于GAN在200至1000 K在5.4%以内。
2019-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effective medium theory for the thermoelectric properties of composite materials with various percolation thresholds
本文提出了一种改进的有效介质理论，用于计算具有不同逾渗阈值的热电复合材料的有效性质。结果表明，即使在超过临界区域的浓度，阈值是必不可少的，以确定有效的属性。两个根本不同的情况下，一组局部性质的复合材料。在这些情况中的一种情况下，其中一相的电导率和热导率同时大于另一相的电导率和热导率。当第一相的电导率大于第二相的电导率，但第一相的热导率小于第二相的热导率时，第二种异常情况显示出有效电导率的异常集中行为，即随着良导相的增加，有效电导率显示出减小（而不是标准情况下的增长），这就是增长。
2020-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Conductivity in Metal-Graphene Composites: The Role of Disordered Carbon Structures, Defects, and Impurities
本文利用从头算方法研究铝-碳复合材料中非晶石墨烯界面的电子输运，发现氮杂质影响导电性，并通过空间投影揭示传导机制。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Self-organization of current channels percolation in polymer composite films with thermal nonlinearity of conductivity: comparison of experimental data and computer simulations
针对聚合物复合薄膜中电流（电导率）的异常变化问题，发展了数值方法，可用于电流、压力或温度传感器。一般的非线性模型包括热方程、绝缘复合层电阻率随温度的非线性关系、考虑脱氯化氢反应、导电体系共轭双键的出现以及全控制电路网络的欧姆定律。热传导方程平滑源函数波动的特性允许通过连续的小时间步长来求解非线性封闭系统并进行计算。作为数值计算的结果，我们成功地解释和模拟几乎所有以前似乎异常现象，包括自发跃迁的高导电状态，电导率跳跃与温度变化，样品厚度的依赖性，等等。
2014-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Electrical Conductivity of Thin-Film Composites Containing Silver Nanoparticles Embedded in a Dielectric Teflon AF Matrix
采用气相共沉积法制备了银纳米粒子嵌入电介质聚四氟乙烯（Teflon）\textregistered AF基体中的薄膜纳米复合材料。这些复合材料的电导率原位测量作为在各种金属浓度下的膜厚度的函数。在低金属浓度（<30%）下，观察到介电行为和随膜厚度的非常小的变化。在中等至高银负载量（30-80%）下，随着膜变厚，观察到电导率的大幅增加。随着厚度的进一步增加，电导率变平。在非常高的银含量（>90%）下，破碎的分形纳米团簇能够进一步互连以实现渗滤过程，并最终演变成具有介电聚合物夹杂物的金属连续体。
2011-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Electrical conductivity of multi-walled carbon nanotubes-SU8 epoxy composites
研究了多壁碳纳米管分散在SU 8环氧树脂中的复合材料的导电性能。根据环氧树脂的加工条件（从非聚合到交联），我们得到了复合材料的导电性的隧穿和类似的制度。我们解释所观察到的定性变化的导电性行为的减少分离的纳米管之间的环氧树脂基体的聚合引起的。
2013-06-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A micromechanics-based analytical solution for the effective thermal conductivity of composites with orthotropic matrices and interfacial thermal resistance
我们得到了一个分析解决方案的有效导热系数的正交各向异性矩阵和球形不均匀性与界面热阻使用细观力学为基础的均匀化组成的复合材料。我们推导出了修正的Eshelby张量作为界面热阻的函数的封闭形式。然后，我们预测了一个单一的非均匀性在无限介质的基础上修改Eshelby张量的热通量，这是验证从有限元分析得到的数值结果。基于修正的Eshelby张量和考虑界面电阻的局域化张量，采用平均场Mori-Tanaka方法推导了复合材料有效热导率张量的解析表达式。我们的分析预测匹配非常好，从有限元分析得到的有效热导率高达10%的不均匀体积分数。
2018-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Predicting electrical conductivity in Cu/Nb composites: a combined model-experiment study
高磁场的产生需要具有高导电性和良好强度特性的材料。Cu/Nb复合材料被认为是用于此目的的良好候选者。在这项工作中，我们的目标是预测，从理论上，导电性的微观结构，最显着的层厚度和晶粒尺寸的依赖。我们还进行了实验来校准和验证我们的模拟。双金属界面和晶界被证实有最大的影响，在这种复合材料的导电性。在这种方法中，考虑层厚度的分布，以便更好地模拟实验观察到的微观结构。由于低于Cu的平均自由程的层厚度显著降低了导电性，因此可能需要大于预期的平均层厚度来满足导电性要求，以便最小化分布中的这些较小的层。我们还研究了Nb的体积分数和温度的变化对材料的导电性的影响。
2022-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Design of three dimensional isotropic microstructures for maximized stiffness and conductivity
采用拓扑优化中的水平集方法对三维各向同性两相周期性多功能复合材料进行了优化设计。一个相是刚性的和绝缘的，而另一个相是导电的和机械顺应的。优化目标是使复合材料的有效体积模量和电导率的线性组合最大化。具有Schwartz原始表面和金刚石最小表面作为相界面的复合材料已被证明具有最大的体积模量和电导率。由于这些复合材料不是弹性各向同性的，它们在单轴载荷下的刚度随载荷方向而变化。一个各向同性的复合材料，提出了类似的导电性，这是至少23%的单轴加载时，沿其最弱的方向单轴加载时，比施瓦茨结构的单轴载荷下的刚度。提出了其它新的近优各向同性复合材料，证明了水平集方法用于微结构设计的能力。
2007-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Large enhancement in thermal conductivity of solvent cast expanded-graphite/polyetherimide composites
我们在这项工作中证明，膨胀石墨（EG）可以导致通过溶剂浇铸技术制备的聚醚酰亚胺-石墨烯和环氧-石墨烯纳米复合材料的热导率非常大的增强。对于10重量%的组合物样品，实现了6.56 Wm-1 K-1的k值，表示比原始聚醚酰亚胺（k ~ 0.23 Wm-1 K-1）提高了~2770%。导热性的这种非凡增强被示出是由于在长的长度尺度上的连续石墨烯片的网络，由于石墨烯片在这种结处共价键合，导致弯曲/转弯处的低接触热阻。溶剂浇铸提供了在复合材料中保留膨胀石墨的多孔结构的优点，从而产生石墨烯和聚合物的上述高导热互穿网络。由于所涉及的力最小，溶剂浇铸也不会破坏膨胀石墨颗粒，从而允许在长的长度尺度上进行有效的热传递，进一步增强整体复合材料的热导率。与最近推出的有效介质模型的比较显示了一个非常高的预测值颗粒-颗粒界面电导，膨胀石墨复合材料的有效界面热传输提供了证据。使用场发射环境扫描电子显微镜（FE-ESEM）来提供对膨胀石墨复合材料中的互穿石墨烯-聚合物结构的详细理解。这些结果为实现高导热性聚合物复合材料开辟了新的途径。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Predicting electrical conductivity in bi-metal composites
本文从理论上推广了Cu/Nb双金属复合材料电导率预测方法，研究电导率与微观结构及低电导率组分体积分数的关系，并结合强度数据为高场磁体筛选Cu/Ag、Cu/W等新型候选材料。
2024-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport in copper-graphene composites
我们使用密度泛函框架研究了铜-石墨烯复合材料的电子输运性质。通过改变铜/石墨烯/铜（Cu/G/Cu）界面模型的界面距离，研究了复合材料的导电性。电子态密度揭示了随着Cu-G界面距离的减小，费米能级附近的铜原子和碳原子的贡献增加。用Kubo-Greenwood公式计算的模型的电子电导率表明，电导率随Cu-G距离的减小而增加。我们还发现，电导率饱和低于阈值Cu-G距离。通过计算Cu/G/Cu模型的空间投影电导率，我们表明石墨烯在小的铜-石墨烯距离处形成了电子传导的桥梁，从而提高了电导率。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci
A carbon-nanofiber glass composite with high electrical conductivity
氧化物玻璃的使用在日常生活用品和商品中无处不在。这种玻璃通常是电绝缘体，并且赋予它们导电性而不改变它们有益的机械性能、重量或热成型性，使得能够在多功能器具、智能窗和汽车部件中实现新的应用。先前赋予导电性的策略包括改性玻璃组合物或形成玻璃和导电相的固包固复合物。在这里，我们证明了使用后者的策略，在大块氧化物玻璃1800 S/m对应于理论极限的导电相的加载分数的最高报告的室温电导率。这是通过碳纳米纤维和氧化物火石F2或钠钙玻璃的混合物的玻璃烧结实现的，其中体积电导率通过聚乙烯嵌段聚（乙二醇）添加剂进一步增强。理论模型提供的预测是在良好的协议与这些复合材料的导电性的碳负载分数的依赖。此外，纳米级的复合材料样品的电特性提供了证据的碳纳米纤维的整个散装连接网络的存在。我们的研究结果建立了一个潜在的低成本的方法，用于生产大量的高导电玻璃独立的玻璃组合物。
2019-11-13 cond-mat.mtrl-sci
AC conductivity of polymer composites: an efficient confirmatory tool for qualifying crude multi-walled carbon nanotube-samples
目前的通信强调，交流电导率测量的多壁碳纳米管（MWNTs）-聚合物复合材料是一个非常有前途的表征工具，用于鉴定任何原油MWNT-sample电弧合成。它将石墨结构与MWNT的石墨结构区分开，并反映了样品中存在的近一维结构和无序的相对量。这一新的协议将有助于发展更直接和定量的标准，通过不同的技术合成的MWNTs的资格，并肯定会添加到概念理解在可视化的确切作用，不同的控制参数影响MWNTs的生长。
2007-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Effective Thermal Conductivity of SrBi$_4$Ti$_4$O$_{15}$-La$_{0.7}$Sr$_{0.3}$MnO$_3$ Oxide composite: Role of Particle Size and Interface Thermal Resistance
提出了一种利用声阻抗失配和德拜模型降低热电复合材料热导率的新方法。讨论了界面热阻（R $_{int}$）与分散相粒径对复合材料k值的影响。特别地，研究了由作为基质的天然超晶格Aurivillius相（SrBi $_4$ Ti $_4$ O $_{15}$）和作为分散相的钙钛矿（La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_3$）组成的氧化物复合物的$κ$。当La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_3$的颗粒尺寸小于Kapitza半径（$_K$）时，观察到复合物的$κ$的显著降低，甚至低于基质的$κ$，描绘了由于增加的表面与体积比，R $_{int}$在低于$_K$的颗粒尺寸中占主导地位。所得结果有可能为工程复合热电系统提供新的方向，具有所需的热导率和有前途的能量收集领域。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of auxiliary intercalating agents on thermal conductivity of expanded graphite/polyetherimide composite
本文研究了辅助插层剂对膨胀石墨（EG）/聚合物复合材料导热性能的影响。我们报告了通过使用EG与过氧化氢（H2 O2）作为辅助插层剂在10重量%的组合物（纯聚醚酰亚胺的k ~ 0.23 Wm-1 K-1）下制备的聚醚酰亚胺/石墨烯纳米复合材料（k = 9.5 Wm-1 K-1）的热导率的4030%的超高增强。发现这种超高热导率值是由于在整个复合材料中EG介导的互连石墨烯网络，从而建立了能够在复合材料中实现高效热传输的热交换环境。还使用氯酸钠（NaClO 3）作为辅助插层剂进行了比较研究。在10重量%的组合物，NaClO 3插层EG被发现导致一个较小的增强2190%的复合材料的k。为阐明这一优点而进行的详细表征揭示，过氧化氢导致EG内石墨烯片的主要边缘氧化，使基面保持完整，从而保持~ 2000 Wm-1 K-1的超高面内热导率。另一方面，氯酸钠导致更高程度的氧化，在石墨烯的基面上具有大量的氧基团，显著降低了其面内热导率。H2 O2制备的EG纸的热扩散率被测量为9.5mm2/s，而NaClO 3情况下的热扩散率被测量为6.7mm2/s，从而直接证实H2 O2对石墨烯本身的k的有益影响。这项研究是第一个解决的膨胀石墨/聚合物复合材料的k的插层剂的作用，并导致了H2 O2作为一种有效的插层剂实现超高的热导率值的发现。
2022-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Flexible Conductive Composites with Programmed Electrical Anisotropy Using Acoustophoresis
3D打印具有高导电性的机械柔性复合材料目前受到需要使用高负载的导电填料的阻碍，这严重限制了柔性。在这里，通过声电泳对复合材料进行微结构图案化，同时赋予这些材料高导电性和柔性，填补了该领域的技术空白。声电泳将填料颗粒图案化为高效的分散网络，其利用了复合材料中高达97%的颗粒，而常规分散纤维复合材料的低效随机网络利用了$<5$。这些图案化的材料具有比用相同油墨制成的常规复合材料高一个数量级的导电性，达到组装的银颗粒网络内的本体银的导电性的48%（在2.6v %负载下）。它们还具有低颗粒负载，因此它们是柔性的，能够承受$>$ 500次弯曲循环而没有电导率损失，并且平均在循环内仅改变$5$\ %的电导率（对于2.6v\ %的复合材料）。相比之下，具有相同导电性的传统未图案化复合材料需要如此高的负载，以至于它们非常脆。最后，调制所施加的声场的形状允许控制导电网络的各向异性，并产生二维导电、一维导电或绝缘的材料，所有这些都使用相同的喷嘴和墨水。
2019-07-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Filler Dependencies of Electrical Conductivity in Nanotube and Nanofiber Composites
我们报告的聚合物纳米复合材料与纤维填料，明确考虑微观填料的功能和复制的复合材料作为随机分布的粒子通过电子隧穿互连的模型。通过利用关键路径法，我们能够获得简单的公式，适用于大多数纳米管和纳米复合材料，这允许从几个参数，如填料体积分数，尺寸和纵横比开始推断整体复合材料的电导率。我们制定的有效性进行评估，重新解释现有的实验结果，并通过提取的特征隧穿长度，这是大多数发现在其预期的值范围内。这些结果可以实际用于定制纳米复合材料的电性能。
2009-09-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Permeability and conductivity of platelet-reinforced membranes and composites
我们提出了大规模模拟的随机复合材料的扩散常数$D$组成的排列血小板与纵横比$a/b>>1$在矩阵（与扩散常数$D_0$），并发现，$D/D_0 = 1/(1+ c_1 x + c_2 x^2)$，其中$x= a v_f/b$和$v_f$是血小板的体积分数。我们表明，对于大的纵横比血小板的对长期（$x^2$）占主导地位，这表明这些材料的大性能增强。然而，少量的血小板的面对面排序显着降低血小板强化的效率。
2001-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of PbTe-CoSb3 bulk polycrystalline composite: the role of microstructure and interface thermal resistance
对PbTe-CoSb_3多晶复合材料的微观结构和界面热阻对热导率的影响进行了系统的实验和理论研究。特别讨论了分散相颗粒尺寸与界面热阻（R_{int}）对声子热导率（κ_{ph}）的关系。为此，制备了一系列不同CoSb_3颗粒尺寸的PbTe-CoSb_3多晶复合材料。结构（XRD）和微观结构分析（SEM/EDXS）证实了假定的化学和相组成。由PbTe和CoSb_3相的测量声速确定声阻抗差（ΔZ）。界面热阻（R_{int}）的计算采用德拜模型，并与实验R_{int}一致。结果表明，当分散相（CoSb_3）的粒径小于临界值~ 230 nm时，复合材料的κ_{ph}可能会降低。这种关系的结论是至关重要的控制复合热电材料中的热传输现象。选择具有不同弹性性能（声阻抗）和小于Kapitza半径的颗粒尺寸的组分导致了具有设计热性能的复合TE材料工程的新方向
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Chemically edge-carboxylated graphene enhances thermal conductivity of polyetherimide-graphene nanocomposites
在这项工作中，我们证明了石墨烯的边缘氧化可以使石墨烯-纳米片（GNP）/聚醚酰亚胺（PEI）复合材料的热导率（k）相对于石墨烯的基面的氧化有更大的提高。边缘氧化（EGO）提供了使石墨烯的基面保持完整的优点，保持其高的面内热导率（kin > 2000 Wm-1 K-1），而同时，在石墨烯边缘上引入的氧基团通过与聚醚酰亚胺（PEI）的氧基团的氢键结合增强了界面热导率，增强了整体聚合物复合材料的热导率。在本工作中，通过在氯酸钠和过氧化氢的存在下氧化石墨烯，在石墨烯的边缘上引入羧基来实现边缘氧化。另一方面，通过Hummers方法实现的石墨烯（BGO）的基面氧化使石墨烯的sp2碳-碳网络扭曲，显著降低其固有热导率，导致BGO/PEI复合材料k甚至低于原始GNP/PEI复合材料k值。发现相对于原始GNP/PEI复合材料（对于10重量% GNP含量），EGO/PEI复合材料的所得热导率提高了18%，而BGO/PEI复合材料的热导率降低了57%。2-石墨烯纳米片的三维拉曼映射用于确认和区分石墨烯上氧官能团的位置。在这项工作中提出的边缘粘合的优越效果可以导致从根本上实现高导热性聚合物复合材料的新途径。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electric properties of carbon nano-onion/polyaniline composites: a combined electric modulus and ac conductivity study
在15 K至室温的等温条件下，研究了碳纳米洋葱/聚苯胺复合材料在1 mHz至1 MHz频率范围内的复电模量和交流电导率。电模量和直流电导率的温度依赖性分析表明一对夫妇的跳跃机制。热活化过程之间的区别和交叉温度的测定，实现了通过探索的色散交流电导率的分数指数的温度依赖性和缩放的交流电导率等温线的分叉。结合颗粒金属模型（位于介观高导电聚苯胺颗粒内的扩展电子态的颗粒间电荷隧穿）和3D Mott变程跳跃模型（碳纳米洋葱和簇内的声子辅助隧穿）对结果进行了分析。
2017-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An Approach to the interpretation of spontaneous transitions into a state of high conductivity in the PVC composite films
本文分析了聚乙炔分子片段以不同浓度嵌在PVC大分子中的特殊合成共聚物的薄膜样品中电导率异常的实验研究结果。以前，人们已经通过实验发现，在这样的样品中，自发和受激电导率跳变发生12个数量级，并且这些状态中的每一个的寿命可以非常大-分钟，小时甚至更长。在本文中，我们提出了一个定性模型描述的PVC复合材料的导电性的异常行为，包括高导电性状态的稳定机制，在状态之间的过渡的不稳定性的发展条件，以及高导电性的长期生活状态的原因，即使当施加的电压被切断。简单的数值估计确认的现实提出的机制也被认为是。
2013-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity Mapping of Oxidized SiC SiC Composites by Time Domain Thermoreflectance with Heterodyne Detection
碳化硅碳化硅（SiC SiC）复合材料常用于高温氧化环境中。氧化层的热导率的测量提供了一种更好地理解氧化过程的高空间分辨率的方法。我们利用时域热反射（TDTR）技术，以3 μm的空间分辨率对氧化层的热导率和SiC/SiC复合材料的热导率进行了测量。使用50 kHz调制探测光束和10 MHz调制泵浦的外差检测抑制了相干拾取，并实现了比以前使用顺序解调更快的数据采集。通过对测量信号噪声的分析，发现在积分时间常数较小或激光功率较低的情况下，噪声的主要来源是三极管的输入噪声。由于厚度和热导率的小差异，在纤维区域上形成的氧化物的热导率低于基质上的氧化物。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Computation of effective electrical conductivity of composite materials: a novel approach based on analysis of graphs
在这项工作中，我们继续调查的不同方法的概念和复合材料的建模。我们关注的全局方法被称为“随机均匀化”。在这种方法中，经典的确定性均匀化技术和程序被用来计算复合材料的宏观参数从它的微观性质。随机部分是由于对一些样本系列进行平均，并且这些样本符合RVE（代表性体积元素）的概念，以减少方差效应。在这篇文章中，我们提出了一种新的方法来计算复合材料的有效电性能-它是基于分析的连接图（和相应的邻接矩阵）为每个样品的复合材料。我们描述如何构建这个矩阵，以考虑到复杂的微观几何形状。我们还解释了什么是电导率的均匀化过程，以及所构造的矩阵与问题的关系。所开发的方法被应用到测试研究的复合材料的微观形态对其导电性的影响。
2018-02-06 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Scalable monolayer-functionalized nanointerface for thermal conductivity enhancement in copper/diamond composite
本研究提出在高温烧结前应用自组装单层（SAM）功能化纳米界面，显著提升了铜/金刚石复合材料的热边界导率与热导率，室温下热导率达711 W/m-K，为同类材料最高值。
2021-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Electrical conductivity of cellular Si/SiC ceramic composites prepared from plant precursors
在25-1073 K温度范围内测量了Si/SiC多孔陶瓷复合材料的电导率（sigma_dc），在25-300 K温度范围内测量了热电势（S）。值得注意的是，通过仿生途径开发的这些细胞化合物-其中陶瓷系统在保留天然模板的结构复杂性的植物生物模板内生长-被发现表现出与通过常规陶瓷途径制备的系统相当或甚至更好的优异的机械、热和电性能。平行测量的电导率（sigma||）和垂直于原生植物的生长轴（σ +），描绘了几乎与温度无关的各向异性（σ +/σ||），而热电势几乎是各向同性的。在整个温度范围内的电荷传导被发现密切遵循可变范围跳跃（VRH）机制。电导率各向异性似乎主要由生物模板的独特微细胞形态驱动，其可以在许多电应用中被利用。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Role of the particle size polydispersity in the electrical conductivity of carbon nanotube-epoxy composites
具有大长径比的碳纳米管（CTN）被广泛用于在非常低的CNT负载下在聚合物熔体中建立电连接。然而，CNT尺寸多分散性和分散体的质量仍然不是可以基本上改变CNT纳米复合材料的期望特性的完全理解的因素。在这里，我们证明了多分散碳纳米管-环氧树脂复合材料的电导率与纳米管长度L的精确定制的分布是一个准普适函数的一阶矩L。这一发现挑战了目前的理解，即电导率取决于CNT长度的较高时刻。我们解释所观察到的准普适性的颗粒尺寸多分散性和集群之间的组合效应。这种机制可以被利用来实现一般CNT纳米复合材料中的电传输的受控调谐。
2017-10-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Effective conductivity of composites of graded spherical particles
我们采用第一性原理方法计算了任意电导率分布的梯度球形颗粒复合材料的有效响应。我们解决了梯度粒子的极化率的边值问题，并获得了偶极矩以及多极矩。我们提供了一个严格的证明{ \em ad hoc}近似方法的基础上的微分有效多极矩近似（DEMMA），其中微分有效偶极子近似（DEDA）是一个特殊的情况。该方法将被应用到一个精确可解的梯度剖面。我们表明，DEDA和DEMMA确实是严格的梯度球形颗粒。
2005-07-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
Electrical Conductivity of Copper-Graphene (Cu-Gr) Composites: The Underlying Mechanisms of Ultrahigh Conductivity
Arizona State University（亚利桑那州立大学）；U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
研究揭示了铜-石墨复合材料导电性的提升机制，发现石墨连续性、特定表面积及铜基材形状对导电性有显著影响，证明通过优化石墨和铜可实现17.1%的导电性提升。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-Independent Through-Plane Electrical Conductivity Measurements of Highly Filled Conductive Polymer Composites
高度填充的导电聚合物复合材料（CPC）由于其有用的电性能而广泛用于诸如聚合物电解质膜燃料电池和氧化还原液流电池的双极板材料、电磁干扰屏蔽和传感器的应用中。用于测定这种高度填充的CPC的贯通平面电导率$\left(σ_{\rm tp} \right)$的常用方法在电极和样品之间施加导电碳纸，同时施加外部压力以改善电接触。我们表明，测量的$σ_{\rm tp}$的压力依赖性可以通过使用液体金属，如镓铟共晶合金（EGaIn）作为接触材料来消除。结果表明，EGaIn降低了接触电阻，并导致三到五倍大的$σ_{\rm tp}$相比，碳纸接触和压力高达20巴的测量。
2022-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermally expanded graphite polyetherimide composite with superior electrical and thermal conductivity
热膨胀石墨（EG）聚合物复合材料具有成本低、电性能和热性能优异等优点，在现代热电子工业中具有很大的应用潜力。在这项研究中，我们报告了膨胀石墨聚醚酰亚胺（EG/PEID）复合材料已通过简单的溶液混合技术，增强低成本的EG填料到主体聚合物基体，聚醚酰亚胺（PEID）。该技术能够将3D石墨填料包含到聚合物基体中，保留膨胀石墨的蠕虫结构，从而在整个复合材料中形成连续的网络。结果表明，当EG含量为10wt%时，聚合物的电导率提高了约19个数量级，达到969 S/m。采用有效介质法的理论预测揭示了不完全导电界面和界面隧穿对复合材料电导率的影响。我们还报道了10wt%EG填料组合物复合材料表现出7.3W/mK的热导率（k）值，这意味着与纯PEID相比显著提高了30 - 70%。扫描电子显微镜（SEM）显示了填料和复合材料的形态，揭示了EG的保留结构，以发展聚合物和填料之间的导电通路。采用拉曼光谱、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱学（XPS）等分析方法研究了热膨胀前后EG填料的结构特性。总之，已经证明了溶液混合的简单制造路线可以实现出色的导电和导热EG/PEID复合材料，而不会损害EG填料结构的效率。膨胀石墨基聚合物复合材料在热能和电子工业中具有广泛的应用前景。
2022-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Statistical and Scaling Properties of the $ac$ Conductivity in Thin Metal-Dielectric Composites
本文研究了金属-介质薄膜的$ac$电导率在金属组分损耗的不同区域，特别是在损耗消失极限下的标度和统计特性。我们用二维$RL-C$网络对体系进行了建模，并用实空间重整化群方法计算了有效电导率。研究发现，对于很小的损耗，实际电导率会有很大的波动。的相关长度，这似乎是相当于本地化长度，发散消失的损失确认我们以前的结果为真实的电导率衰减的损失。我们还发现，真正的电导率的分布成为对数正态低于一定的临界损耗$R_{c}$，这是有限系统的大小依赖。对于无限大系统，临界损耗消失，对应于有限损耗的局部模式和零损耗的扩展模式之间的相变。
1998-08-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
A mesoscopic model for the effective electrical conductivity of composite polymeric electrolytes
采用硬核-渗透层模型研究了复合聚合物电解质的有效准静态电导率。用于结合界面现象（如填料颗粒周围聚合物基体的非晶化、非晶相上聚合物基体的硬化效应、填料颗粒表面的不规则性等），假设这些层是电不均匀的，由有限或无限数量的同心均匀壳层组成。施加在重叠区域上的优势规则等同于系统中的局部电性质由从感兴趣点到最近粒子中心的距离确定的要求。所需的电导率计算使用我们原来的多粒子（紧群）的方法，然而，避免了深入阐述极化和相关过程。结果通过元件的电参数和几何参数表示。与实验对比表明，该理论充分描述了许多基于聚环氧乙烷或氧亚甲基连接的聚环氧乙烷的聚合物复合材料的有效电导率与填料浓度和温度的函数关系，并且与其他理论相比更灵活。
2019-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
PVC composite internal process of current-voltage time delay formation and conductivity levels lifetimes origin
在先前描述的解释PVC复合材料薄膜中导电切换状态的众多结果的模型中，注意到需要涉及跳跃机制和渗滤理论来解释巨跳跃导电性现象，就像解释无序半导体薄膜的这种跳跃一样。还表明，为了解释PVC复合材料中的导电状态之间的自发和受激转变的整体性，需要存在能够产生固定的可观察的电流-电压延迟和切换电导率水平寿命的内部过程。在本文中，一个可能的弛豫过程，导致延迟时间的出现，并发生自发和受激跃迁样品的纳米复合材料PVC的电导率。特别是，作为一种机制，用于确定时间延迟和寿命的导电状态的脱氯化氢的反应，提出了，这应该是可逆的情况下，当从大分子物理分离的HCl分子不能“旅行”远离“他们的地方”在大分子中，因为它只是发生在一个局部的PVC自由体积。在一个框架的开发模型中，所有以前观察到的和所谓的“异常”电现象得到一个合理的和可预测的行为。
2013-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ionic conductivity optimization of composite polymer electrolytes through filler particle chemical modification
已知向聚合物电解质中添加填料颗粒会增加其离子电导率（IC）。关于组成材料之间的相互作用如何导致增强的详细理解仍有待开发。一个显着的贡献归因于增量的聚合物无定形部分，诱导的填料，导致在聚合物基体中形成更高的离子电导率通道。然而，IC对颗粒重量负载的依赖性和其组成对聚合物形态的依赖性尚未完全理解。本工作研究了锂离子在复合聚合物电解质（CPE）中的传输，所述复合聚合物电解质包括嵌入在PEO：LiTFSI基质中的Bi掺杂LLZO颗粒。我们发现，IC优化非常低的颗粒重量负荷（5至10%），其幅度和所需的负荷，强烈依赖于石榴石颗粒的组合物。基于结构表征结果和电化学阻抗谱，提出了一种机制来解释这些发现。有人建议，在石榴石颗粒中的Li-摩尔含量控制其与聚合物基体的相互作用，导致在最佳负载报告，在形成高离子电导率通道。我们建议，填料颗粒的聚合物形态的化学操纵是一个有前途的途径，为进一步发展的复合聚合物电解质。
2021-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The electronic transport properties and microstructure of carbon nanofiber/epoxy composites
采用超声波和机械混合相结合的方法将碳纳米纤维（CNF）分散到环氧树脂中。通过阻抗谱研究了所得复合材料的电子输运性质。发现非常低的临界重量分数（pc = 0.064wt%），其可以被认为对应于在基质内形成隧穿导电网络。绝缘体到导体的过渡区域跨越约一个数量级，从0.1到1重量%。远离转变，电导率增加了两个数量级。这种增加和电导率的低值解释在CNF之间的接触处的环氧树脂膜的存在。提出了一个简单的模型的基础上的CNF-CNF接触网络内的矩阵，以评估该膜的厚度。
2008-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Physical origin of enhanced electrical conduction in aluminum-graphene composites
该研究通过密度泛函理论计算揭示铝-石墨烯界面结构及石墨烯增强费米能级态密度，从而提升电导率，并发现双层石墨烯复合物电导率在300-400 K随温度非单调变化。
2024-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Transport in Composites of Graphite Oxide with Carbon Nanotubes
我们表明，在单壁碳纳米管网络内的电绝缘氧化石墨（GO）的存在强烈增强了导电性，而还原的氧化石墨，即使是导电的，也抑制了具有单壁碳纳米管的复合网络内的导电性。杨氏模量和拉曼光谱的测量强烈支持我们的解释的氧化物基团的间接作用，存在于单壁碳纳米管/氧化石墨复合材料内的氧化石墨，通过金属单壁碳纳米管的电子掺杂。
2013-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Turning Insulators into Accelerators: Deciphering the Interfacial Conductivity Boost in ZrO2-Li2ZrCl6 Composites through Machine Learning Molecular Dynamics Simulations
Suzhou Laboratory（苏州实验室）
通过机器学习分子动力学模拟揭示ZrO2-Li2ZrCl6复合材料界面导电性提升的原子机制，指导固态电池电解质设计。
2026-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Near-Field Heat Transfer Percolation in Nanoparticles based Composite Media
研究了含纳米颗粒复合介质中的近场辐射换热。通过仅模拟对相互作用，由于近场辐射的有效热导率计算的热节点模型的基础上。我们强调的发病近场渗流发生早得多的机械渗流在临界体积分数f=0.033。这种机制即使在低体积分数下也显著地增加了热导率。它还指出了一个简单的实验协议，以证明近场接触。
2008-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Relation between Effective Conductivity and Susceptibility of Two -- Component Rhombic Checkerboard
复合材料的非均匀性导致了不同相边界处的额外电荷集中，从而导致了本质上非零的有效电介电常数。建立了菱形胞状二维二组分规则复合材料的有效导电率张量$\hatχ_{ef}$与有效电导率张量$\hatσ_{ef}$之间的关系。通过构造有效电导率问题的积分方程，求出单元角点处的电场奇异度。讨论了部分电导率$σ_1,σ_2$的弱对比度和强对比度的极限。结果对薄膜和圆柱形样品都是有效的。
2002-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Precise Damage Shaping in Self-Sensing Composites Using Electrical Impedance Tomography and Genetic Algorithms
具有纳米填料改性聚合物基体的纤维增强复合材料具有巨大的潜力，可以提高高风险工程结构的安全性。这些材料本质上是自感知的，因为它们的导电性受到变形和损坏的影响。这种被称为压阻的特性已经被广泛地用于通过电阻变化方法和断层成像技术（例如电阻抗断层成像（EIT））进行基于电导率的损伤检测。尽管这些技术在检测损伤的存在方面非常有效，但是它们无法提供关于损伤形状、大小或机制的精确信息。这对于层压复合材料尤其有害，层压复合材料可能遭受复杂的失效模式，例如难以检测的分层。为此，我们在此提出了一种新的技术，用于精确地确定损伤的形状和尺寸的自感知复合材料。我们的技术利用遗传算法（GA）与现实的基于物理的损伤模型相结合，通过EIT成像的电导率变化恢复精确的损伤形状。我们实验验证了这种技术的碳纤维（CNF）改性玻璃纤维增强聚合物（GFRP）层压板考虑两个特定的损伤机制：通孔和分层。我们的研究结果表明，这种新的技术可以准确地重建多个通孔的半径小至1.19毫米和分层所造成的低速冲击。这些研究结果表明，耦合压阻率与基于电导率的空间成像技术和基于物理的反演策略，可以使自感知复合结构的损伤整形能力。
2021-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Superior enhancement in thermal conductivity of epoxy/graphene nanocomposites through use of dimethylformamide (DMF) relative to acetone as solvent
University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）
研究比较了DMF和丙酮作为溶剂对环氧/石墨烯复合材料热导率的影响，发现DMF可使热导率提高44%，并提供更均匀的石墨烯分散。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Pressure-induced electro-switching of polymer/nano-graphene composites
研究了聚乙烯醇/聚乙烯基吡咯烷酮（1/1，w/w）、聚乙烯醇以及分散有纳米石墨烯片晶的复合材料的电导率随压力和温度的变化关系。在电荷渗透的临界薄片分数以上，复合材料起到压力诱导电开关的作用。导体到绝缘体的转变是最佳的强烈和稳定的。在大约750巴的临界压力下，电导率下降了两个数量级。这种转变在室温以上十分之一的温度范围内是稳定的。压力下电导率的降低分别是由于聚合物基体的极化率与血小板间分离的压力依赖性之间的竞争。这两个贡献控制的波动引起的电子隧穿通过聚合物屏障分离调节导电片。在聚合物-血小板界面处的局部电场通过辅助隧穿的作用被压力下极化率的降低所抑制。
2019-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Linking electrical and thermal conductivity through cross-property inclusion modelling
我们推导出一个新的交叉属性微分有效介质方案的复合材料的热导率作为其电导率的函数，反之亦然。我们的方案假设一个相作为夹杂物嵌入另一个相。这些关系与夹杂物的体积分数无关，但取决于夹杂物的纵横比。我们表明，该方法成功地模型发表的实验室测量的铜-石墨复合材料，与推断的纵横比匹配的夹杂物的物理形状。这项工作补充了早期的结果弹性-电气跨属性微分有效介质建模，并有可能被扩展为不同的跨属性关系。
2021-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Unleashing the Potential of Li-Metal Batteries A Breakthrough Ultra-High Room-Temperature Ionic Conductivity Composite Solid-State Electrolyte
本文通过向PVDF-HFP基体引入SiO2纳米球制备了超高室温离子电导率的复合固态电解质，实现了1.35 mS cm-1的室温电导率及优异的循环稳定性，并成功扩展至固态钠/钾电池。
2023-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Percolation-to-hopping crossover in conductor-insulator composites
在这里，我们表明，导电体-绝缘体复合材料的导电性，其中电子可以隧道从每个导电粒子到所有其他可能会显示两个渗流和隧道（即跳跃）制度，这取决于几个特性的复合材料。具体而言，我们发现，引起一个政权或其他的相关参数是$D/ξ$（其中$D$是导电颗粒的尺寸和$ξ$是隧道长度）和特定的复合材料的微观结构。对于大的值的$D/ξ$，渗流时出现的复合微结构可以被建模为一个规则的晶格，是分数占据的导电粒子，而隧道制度总是得到一个连续绝缘矩阵中的导电粒子的平衡分布。随着$D/ξ$的减少，格子状复合材料的电导率的扩散行为逐渐过渡到隧道状区域，表征连续体中的颗粒分散。当$D/ξ$值低于$D/ξ\simeq 5$时，电导率具有与复合材料的具体微观结构无关的隧道样行为。
2010-11-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Structure-Property Correlations in Model Composite Materials
本文研究了由高斯随机场和重叠空心球构成的模型随机复合介质的有效性质（电导率、扩散率和弹性模量）。在模型中产生的形态表现出较低的渗流阈值，并给出了在许多类复合材料中观察到的复杂微观结构的现实表示。模型的统计关联函数推导出来，并用于评估每个属性的严格界限。有效电导率的模拟是用来证明的界限的适用性。讨论了影响复合材料性能的关键形态特征。
1999-02-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermal properties of composite materials with a complex fractal structure
在这项工作中，我们报告的聚酯树脂和磁铁矿夹杂物制成的板状复合材料样品的热特性。利用光声光谱和热弛豫实验测量了样品的热扩散率、热导率和体积热容。系统地改变夹杂物的体积分数，以研究复合材料的有效热导率的变化。在一些样品中，在聚合过程中施加静态磁场，导致各向异性夹杂物分布。我们的研究结果表明，在一些各向异性样品的热导率相比，各向同性随机分布的。我们的分析表明，细长夹杂物结构的发展导致磁铁矿和树脂域的形成，造成这种效果。通过多重分形和空隙度分析，我们将包裹体结构的复杂性与所观察到的热响应相关联。所有的实验数据与著名的Maxwell-Garnett的复合材料的有效介质近似进行了对比。
2014-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Maxwell-type models for the effective thermal conductivity of a porous material with radiative transfer in the voids
两相复合材料的有效导热系数有几种模型，分别是固体和分散体的导热系数。在本文中，我们概括了三个模型的麦克斯韦型（即，经典的麦克斯韦模型和两个概括，它从有效介质理论和微分有效介质理论），使所得的有效导热系数占气体空隙内的辐射传热。在高温状态下，空隙内的辐射转移强烈影响块状材料的热导率。事实上，这些模型的实用性超过经典的麦克斯韦型模型是在高温制度，他们预测，有效的导热系数的复合材料的水平在非常高的温度下，一个恒定的值（作为温度的函数），只要该材料不是太多孔，与实验一致。这种行为与忽略孔隙内的辐射转移的模型或集总参数模型形成对比，因为这种模型不能独立于其他物理现象来解析辐射转移。我们的研究结果可能是特别有用的工业和科学应用，涉及多孔复合材料内的热传递发生在高温制度。
2018-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Thermal and Magnetic Properties of Nanostructured Ferrimagnetic Composites with Graphene - Graphite Fillers
我们报告的热性能和磁性能的纳米结构的亚铁磁性氧化铁复合材料与石墨烯和石墨填料通过电流激活的压力辅助致密化合成的实验研究结果。热导率的测量使用激光闪光和瞬态平面源技术。证明了添加5 wt. %的石墨烯和石墨薄片的相等混合物与复合材料的混合导致热导率的x2.6倍增强，而饱和磁化强度没有显著降低。显微镜和光谱表征表明，sp2碳填料在复合材料加工过程中保持其晶体结构和形态。热导率的大幅增加归因于石墨烯和石墨优异的声子导热性能。研究结果对纳米结构永磁体的能源和电子应用具有重要意义。
2016-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metal to insulator transition in Conducting Polyaniline/Graphene Oxide composites
对聚苯胺/氧化石墨烯复合材料的制备和热退火样品分别进行了从15 K到室温的宽带介电谱（BDS）测量。退火复合材料的电导率值显示非常适度的上升，表明GO组分对实现聚合物的电稳定性的重要贡献。作为温度的函数的直流电导率的图案也揭示了在75 K左右的金属到绝缘体的转变。转变由两个关键因素决定：温度和退火工艺。随后也检测到金属状和绝缘特征，并相应地描述以提供对所涉及的电荷转移机制的定性检查
2019-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of local softening in glassy poly(vinyl alcohol)/poly(vinyl pyrrolidone) (1/1, w/w) nano-graphene platelets composites
在适当的压力-温度条件下对玻璃态聚乙烯醇/聚乙烯基吡咯烷酮（1/1）的复介电常数研究提供了直流电导率和\b{eta} -弛豫的活化体积和能量值。的活化体积，其中签名体积波动伴随着一个动态过程的温度依赖性，在纯聚乙烯醇的玻璃化转变温度附近的温度下最大化。这一现象被解释为聚乙烯醇域的局部软化，而共混物保持在其玻璃态。该方案也支持的依赖性的活化能压力。比较研究了在临界电导率逾渗阈值附近的体积分数下的分散纳米石墨烯片晶，以确定局部软化是否影响电导率逾渗网络的形成。
2018-09-26 cond-mat.mtrl-sci
