Triboelectric nanogenerator (TENG) technologies have explosive development in the field of energy harvesting and self-powered sensing. As the key element of triboelectric devices, dielectric polymers have obtained much attention in recent years. The dielectric properties of polymer determine the output performance of TENG. In this paper, we take silicone rubber as an example of dielectric polymers, to study the properties of molecular structure influence on the dielectric properties and mechanical properties by the molecular dynamics simulation method. The free volume fraction, dielectric constant, and mechanical properties of silicone rubbers with different branch chains were calculated. The dielectric constant is highly related to the free volume distribution and the dipole moments of silicone rubbers with different amounts of branch chains. For fewer branch chains silicone rubber, the free volume distribution contributes most to the dielectric constant; for more branch chains silicone rubber, the dipole moment dominates the dielectric constant. Therefore, the silicone rubber ratio has a great influence on the dielectric constant of silicone rubber. With the increase of temperature, the dielectric constant of 2-chain silicone rubber increases at first and then decreases, and the maximum value is obtained near 300 K. Therefore, it is necessary to control the temperature when silicone rubber is used as a dielectric material. This work can be a guide for improving the dielectric properties of silicone rubber, and it provides a new approach to the optimal design of high-performance triboelectric nanogenerators.

中文翻译：

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聚合物分子结构对介电性能和机械性能影响的理论研究

摩擦纳米发电机（TENG）技术在能量收集和自供电传感领域得到了爆炸性的发展。作为摩擦起电器件的关键元件，介电聚合物近年来备受关注。聚合物的介电特性决定了 TENG 的输出性能。本文以硅橡胶为介电聚合物为例，通过分子动力学模拟方法研究分子结构特性对介电性能和力学性能的影响。计算了不同支链硅橡胶的自由体积分数、介电常数和力学性能。介电常数与具有不同支链数量的硅橡胶的自由体积分布和偶极矩高度相关。对于较少支链的硅橡胶，自由体积分布对介电常数的贡献最大；对于支链较多的硅橡胶，偶极矩支配介电常数。因此，硅橡胶配比对硅橡胶的介电常数影响很大。随着温度的升高，2 链硅橡胶的介电常数先增大后减小，最大值出现在 300 K 附近。因此，使用硅橡胶作为介电材料时，需要控制温度。这项工作可为提高硅橡胶的介电性能提供指导，并为高性能摩擦纳米发电机的优化设计提供了一种新方法。自由体积分布对介电常数的贡献最大；对于支链较多的硅橡胶，偶极矩支配介电常数。因此，硅橡胶配比对硅橡胶的介电常数影响很大。随着温度的升高，2 链硅橡胶的介电常数先增大后减小，最大值出现在 300 K 附近。因此，使用硅橡胶作为介电材料时，需要控制温度。这项工作可为提高硅橡胶的介电性能提供指导，并为高性能摩擦纳米发电机的优化设计提供了一种新方法。自由体积分布对介电常数的贡献最大；对于支链较多的硅橡胶，偶极矩支配介电常数。因此，硅橡胶配比对硅橡胶的介电常数影响很大。随着温度的升高，2 链硅橡胶的介电常数先增大后减小，最大值出现在 300 K 附近。因此，使用硅橡胶作为介电材料时，需要控制温度。这项工作可为提高硅橡胶的介电性能提供指导，并为高性能摩擦纳米发电机的优化设计提供了一种新方法。偶极矩支配介电常数。因此，硅橡胶配比对硅橡胶的介电常数影响很大。随着温度的升高，2 链硅橡胶的介电常数先增大后减小，最大值出现在 300 K 附近。因此，使用硅橡胶作为介电材料时，需要控制温度。这项工作可为提高硅橡胶的介电性能提供指导，并为高性能摩擦纳米发电机的优化设计提供了一种新方法。偶极矩支配介电常数。因此，硅橡胶配比对硅橡胶的介电常数影响很大。随着温度的升高，2 链硅橡胶的介电常数先增大后减小，最大值出现在 300 K 附近。因此，使用硅橡胶作为介电材料时，需要控制温度。这项工作可为提高硅橡胶的介电性能提供指导，并为高性能摩擦纳米发电机的优化设计提供了一种新方法。2 链硅橡胶的介电常数先增大后减小，最大值在 300 K 附近获得。因此，使用硅橡胶作为介电材料时，需要控制温度。这项工作可为提高硅橡胶的介电性能提供指导，并为高性能摩擦纳米发电机的优化设计提供了一种新方法。2 链硅橡胶的介电常数先增大后减小，最大值在 300 K 附近获得。因此，使用硅橡胶作为介电材料时，需要控制温度。这项工作可为提高硅橡胶的介电性能提供指导，并为高性能摩擦纳米发电机的优化设计提供了一种新方法。