文档名：淬火温度对聚硫脲介电储能特性影响的分子动力学模拟
摘要：为了提高聚硫脲(polythiourea,PTU)的储能密度,对PTU进行了淬火处理,并采用分子动力学模拟研究了PTU中氢键动力学性质对介电储能特性的影响机理.首先,借助热波动指数(thermalfluctuationindex,TFI)和约化梯度密度(reductiongradientdensity,RDG)描述了氢键作用模式和强度随淬火温度升高的演变规律.其次,计算了氢键供体分别与受体和氢原子的径向分布函数、自相关函数等,提取了氢键密度和平均寿命.最后,建立了氢键特征参数与介电常数的关联,揭示了淬火提高PTU储能密度的机理.研究发现,淬火温度升高,氢键作用模式发生了由双氢键至单氢键,并最终超过氢键阈值而断裂的演变规律,这造成氢键密度减少,表现为强极性双氢键硫脲阵列数目的减少,导致介电常数减小;同时,氢键强度持续减弱,氢键寿命缩短,动态变化加快,导致硫脲阵列转向势垒降低,这有利于增大介电常数.受氢键作用模式和强度的共同影响,PTU的介电常数随淬火温度升高呈现先增大后减小的变化趋势.当淬火温度为393K时,PTU的介电常数增大至10,储能密度高达16.3J/cm3.
Abstract：Inordertoimprovetheenergydensityofpolythiourea(PTU),thePTUwastreatedbyquenching.Theeffectofhydrogen-bonding(H-bonding)kineticpropertiesondielectricenergystoragecharacteristicsofPTUwasstudiedbymo-leculardynamicssimulation.Firstly,theevolutionofH-bondingpatternandstrengthwiththeincreaseofquenchingtemperaturewasdescribedbymeansofthermalfluctuationindex(TFI)andreductiongradientdensity(RDG).Secondly,theradialdistributionfunctionandautocorrelationfunctionofH-bondswerecalculated,andH-bondingdensityandav-eragelifetimewerethenextracted.Finally,thecorrelationbetweenH-bondingcharacteristicparametersanddielectricconstantwasestablished.Basedontheresultsabove,themechanismofquenchingtoimproveenergydensityofPTUwasrevealed.Theresultsshowthat,withtheincreaseofthequenchingtemperature,theH-bondingpatternchangesfromdi-hydrogenbondstosingleH-bonds,andeventuallyexceedstheH-bondingthreshold,whichisdifficulttoformH-bonds.ItisaccompaniedbydecreasesintheH-bondingdensity,resultingindecreasesinstronglypolardihydrogenbondingthiou-reaarraysandthusthedielectricconstant.Meanwhile,theH-bondingstrengthgraduallyweakensasthequenchingtemperatureincreases.Moreover,theH-bondinglifetimeisshortenedandthedynamicmotionsisaccelerated,whichisconductivetoreducingthebarrierfortheorientationofthioureaarraysandincreasingthedielectricconstant.OwingtothechangesofH-bondingpatternsandstrength,thedielectricconstantincreasesfirstandthendecreaseswiththeincreas-ingquenchingtemperature.Whenthequenchingtemperatureis393K,thedielectricconstantofPTUincreasesto10andtheenergydensityreaches16.3J/cm3.
作者：冯阳 渠广昊 李盛涛Author：FENGYang QUGuanghao LIShengtao
作者单位：西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室,西安710049
刊名：高电压技术 ISTICEIPKU
Journal：HighVoltageEngineering
年，卷(期)：2024, 50(6)
分类号：
关键词：聚硫脲 分子动力学模拟 氢键动力学性质 介电常数 储能密度
Keywords：polythiourea moleculardynamicssimulation h-bondingkineticproperties dielectricconstant energyden-sity
机标分类号：O641.3TB383TS251.65
在线出版日期：2024年7月19日
基金项目：淬火温度对聚硫脲介电储能特性影响的分子动力学模拟[
期刊论文] 高电压技术--2024, 50(6)冯阳 渠广昊 李盛涛为了提高聚硫脲(polythiourea,PTU)的储能密度,对PTU进行了淬火处理,并采用分子动力学模拟研究了PTU中氢键动力学性质对介电储能特性的影响机理.首先,借助热波动指数(thermalfluctuationindex,TFI)和约化梯度密度(red...参考文献和引证文献
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