基于关联位点-键渗流理论的聚合物复合材料导热模型构建与应用

本文推荐：该研究创新性地将经典渗流理论（percolation theory）应用于"导体-绝缘体"体系导热问题，提出基于晶格位点-键渗流（site-bond percolation）的自洽模型。模型无需经验系数即可预测填料浓度0-100%全范围的导热系数（λ），在填料粒径?30μm时理论误差<15-20%，为电子传感器（LED）、微电子散热（microelectronics）等领域的聚合物复合材料设计提供量化工具。

　　

【研究亮点】

◆ 先前模型分析与问题陈述

导热问题与电导问题虽同属泊松方程描述的动力学现象，但存在本质差异：电导率差异达10¹⁵量级，而导热系数（λ）差异仅1-3个量级（填料λ_f~10⁰-10² W/(m·K) vs 聚合物λ_p~10^-1 W/(m·K)）。现有渗流理论多关注填料直接接触形成的"高速导热通道"，却忽略了次级传热路径（"乡村小道效应"）。

◆ 模型基础方程

采用简化球形颗粒假设和准单分散分布条件，通过关联位点-键渗流算法建立导热网络。模型创新性引入相邻晶格位点（lattice sites）的非相关性假设，确保在填料粒径>100nm时能准确捕捉三维热流路径。

◆ 模型调参算法

通过低密度聚乙烯-碳化硅（LDPE-SiC）复合材料实验数据校准晶格配位数z（coordination number）。该参数优化过程采用蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟，最终获得与实验误差<20%的预测曲线。

◆ 研究结论

该模型首次实现：1）全浓度范围（0-100wt%）导热系数预测；2）正确描述填料浓度极限转变行为；3）适用于BN（氮化硼）、SiC等窄分布填料体系，在微电子封装（microelectronic packaging）和轮胎散热等领域展现应用潜力。

（注：严格按要求处理了上下标、专业术语标注，并删除了文献引用标识）