随机密堆积球柱形纳米颗粒金属-绝缘体复合体系中的渗流

虽然经典渗流已被充分理解，但随机堆积或阻塞结构中的渗流效应却很少被探索。在此，我们通过实验与理论相结合研究无序球柱体二元复合体系的电渗流，以确定纳米复合材料的结构（渗流）与功能特性之间的关系。实验上，我们测定了导电（CrO$_2$）与绝缘（Cr$_2$O$_3$）棒状纳米颗粒（标称几何相同）复合材料的渗流阈值$p_c$与电导临界指数$t$，分别得到$p_c=0.305 \pm 0.026$与$t=2.52 \pm 0.03$。模拟与建模通过力学收缩法与随机游走变体（de Gennes ant）方法相结合实现，其中电荷扩散通过Nernst-Einstein关系与体系电导率关联。通过有限尺寸标度确定的渗流阈值与临界指数与实验值吻合良好。有趣的是，长径比为6.5的球柱体计算渗流阈值$p_c=0.312 \pm 0.002$，非常接近（在数值误差内）先前在无序阻塞球体与简单立方晶格另两种不同体系中发现的值，这是一个引人入胜且令人惊讶的结果。