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第50卷第6期：2363-2373高电压技术Vol.50,No.6:2363-2373
2024年6月30日HighVoltageEngineeringJune30,2024
DOI:10.13336/j.1003-6520.hve2024年6月30日第50卷June
淬火温度对聚硫脲介电储能特性影响的分子
动力学模拟
冯阳，渠广昊，李盛涛
710049
（西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室，西安）
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
(reductiongradientdensityRDG)
约化梯度密度，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
3
393KPTU1016.3J/cm
升高呈现先增大后减小的变化趋势。当淬火温度为时，的介电常数增大至，储能密度高达。
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
MolecularDynamicsSimulationsontheEffectofQuenchingTemperatureontheDielectric
EnergyStorageCharacteristicsofPolythiourea
FENGYang,QUGuanghao,LIShengtao
(StateKeyLaboratoryofElectricalInsulationandPowerEquipment
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