文献综述（或调研报告）：
电子器件除了向摩尔定律所预示的运算速度更快、集成度更高的方向发展外，可弯曲、伸缩的柔性器件因能贴附于各种不规则的表面上，逐渐受到人们的重视。柔性力敏传感器便是一种用于感知表面作用力分布的柔性器件，在机器人、生物力学、医学测量等领域有着广泛的应用前景。实际上，碳系填充型聚合物材料已广泛应用于接触传感、压力传感和滑动传
感等领域，成为材料科学和信息科学交叉研究领域的热点问题之一[5]。近年来国内外在柔性传感器方面有不少研究成果，Kilsoo Lee等人通过在纸基表面依次制备柔性电极和表面粗糙状弹性介质层，并通过层层组装工艺提出了一种柔性高灵敏度电容式柔性触觉传感器，并设计了大面积柔性电子皮肤实现压力分布感知[6]。Yudong Cao等人受指纹启发，设计了具有金字塔叠层结构的高灵敏度、高分辨力柔性振动传感器，可实现对切应力，及盲文字母等的高灵敏检测与识别[7]。
将导电填料分散到不导电的聚合物基体中制得的导电复合材料，在外力作用下内部的导电通路会发生重构，具有一定的力敏性质。由于具有良好力学性质，且电阻可调，聚合物导电复合材料经常被用作柔性力敏传感器的敏感材料，但灵敏度和稳定性等指标有待提升。纳米尺度的碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）具有良好的轴向导电性和超高的长径比，将其与柔性的聚合物复合可以制得性能优良的力敏材料[8]。已经有大量实验研究了碳纳米管/聚合物复合材料的渗滤阈值，同时，还进行了不少理论和仿真研究来估计碳纳米管聚合物复合材料的渗滤阈值，其中排除体积法和蒙特卡罗模拟被广泛使用[9]。Pike等人基于渗流理论，率先使用蒙特卡罗方法对填充型导电高分子体系进行模拟，研究形状不规则晶体的渗流阈值[10]。Balberg等人在三维空间中，利用蒙特卡罗模拟研究随机取向、互相穿透的棒状填料体系的渗流行为，分析填料的长径比和空间取向对体系渗流特性的影响[11]。
研究表明，更好的分散性，更大的长径比能够得到更低的渗透阈值，然而，长径比大的碳纳米管分散在聚合物基质中时很容易团聚和缠结，因此很难获得像模拟中估计的那样低的渗透阈值。同时，碳纳米管的高价格也在一定程度上限制了其应。因此，混合填料成为解决这些问题的好方法。炭黑（Carbon Black，CB）是工业应用中使用最广泛的导电纳米颗粒之一，由于其成本低，分散能力优良，与碳纳米管协同作用可以进一步改善填充型导电高分子材料的电学性能。Chen等人利用蒙特卡罗方法模拟了炭黑-碳纳米管聚合物基体复合材料的电渗流特性。结果表明，复合材料在渗流阈值处附近时，引入碳纳米管可以减小所需的炭黑体积，证实了两相填料在形成导电网络方面的协同作用[12]。Ma等人研究炭黑-碳纳米管-环氧树脂三元体系的电导率和微观结构时，除了对网络形成和电荷传输中具有协同效应，混合填料还提高了复合材料的延展性和断裂韧性[13]。
然而早期的仿真模型忽略了仿真粒子之间的重叠交叉问题。Motaghi等人根据碳纳米管和炭黑的实际物理形貌，采用了一种硬核/软壳模型，比较了单一填料和混合填料聚合物复合材料的电导率和渗滤阈值。并且指出在碳纳米管填料含量高的混合复合材料中，碳纳米管断裂现象明显，导致碳纳米管长度的分化，这也是仿真结果和实验数据产生矛盾的原因之一[14]。Ni等人基于二维盘/棒状渗流模型研究一维/二维导电填料增强绝缘薄膜的电渗流行为，通过研究一维填料的长度和二维填料的直径等尺寸效应，建立了混合体系中两种填料之间的非线性关系[15]。
目前，采用计算仿真模拟填充型导电复合材料体系的研究中，主要存在以下问题：碳系填料仿真模型构建不合理，如采用二维模型模拟导电高分子体系，在三维空间中采用简单软核圆柱体模拟碳纳米管等；虽然相关工作均指出两相填料并用时，填料之间存在协同导电效应，但是对两相混合填充型导电复合材料体系的研究较少，协同导电机制以及填充体系中粒子尺寸对协同效应对体系的渗流特性和渗流阈值的影响研究不充分；对导电粒子形成的导电通路搜索算法复杂，在粒子数较多的情况下，导电路径搜索算法的时间和空间复杂度高，程序运行效率低；利用蒙特卡罗方法产生随机构象时，对RVE 的尺度效应和边界效应缺乏研究，从而导致微观模拟特性与复合导电材料的宏观特性之间存在差距。
综上所述，针对上述问题，本课题基于渗流理论和隧道效应理论，利用蒙特卡罗方法建立三维球状/棒状导电填料填充的导电复合材料微观结构模型。并基于图形理论，构建描述导电填料之间导通状态的关系矩阵以及导电路径搜索算法，系统地研究导电填料类型、浓度以及长径比等因素对球状/棒状导电填料填充的导电复合体系渗流特性和渗流阈值的影响。
参考文献：
[1] 王方权. 碳纤维填充聚合物多组分导电高分子复合材料的研究[D].浙江大学,2011.
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