吸引性胶体复合材料中的隧穿电导率

在导电填料分散于绝缘基体中的导体-绝缘体纳米复合材料中，电连通性通过粒子间的隧穿或跳跃过程建立。这些系统本质上是非逾渗的，对电导率 $\sigma$ 关于填料性质的函数依赖关系、特别是导体-绝缘体转变的连贯描述，需要超越通常的连续逾渗方法，即放松固定连通距离的约束。本文中，我们考虑由隧穿电导与所有其他粒子相连的导电球形粒子的分散体系，这些粒子受到有效的吸引性方势阱作用。我们证明，低含量 $\phi$ 下的导体-绝缘体转变并不能决定 $\sigma$ 在较高浓度下的行为，这与逾渗理论的预测形成鲜明对比。特别地，我们发现低 $\phi$ 下电导率几乎完全由吸引的粘附性决定，而在较高 $\phi$ 值下 $\sigma$ 主要取决于势阱深度。因此，在保持粘附性不变的情况下改变势的范围和深度，具有相似导体-绝缘体转变的复合材料在中等和较大 $\phi$ 值下可能表现出数个数量级的电导率变化。利用最近发展的有效介质理论和临界路径近似，我们将这种行为解释为：随着 $\phi$ 的变化，主导隧穿过程涉及的粒子间距跨越方势阱流体结构的不同区域。我们的预测可以通过在聚合物纳米复合材料中使用不同去稳定剂改变势分布来进行实验验证。