环氧树脂已被广泛用作直流电气设备中的关键绝缘材料。然而，在长期直流电场作用下，其性能受到界面空间电荷积累和热老化的严重制约，而这两者正是提升现代电气装备可靠性和功率密度的关键瓶颈。尽管纳米填料掺杂被认为是改善材料性能的一种很有前景的策略，但纳米颗粒调控交联网络微观结构及界面电荷传输行为的内在机制，仍然缺乏充分认识。针对这一问题，本研究采用分子动力学（MD）模拟与第一性原理计算，从基础层面考察了Al₂O₃纳米颗粒掺杂对交联环氧树脂热电性能的影响。其创新之处在于，从原子—分子尺度揭示了纳米掺杂调控环氧基绝缘材料热学与电学性能的潜在机制，从而为高压直流应用先进绝缘系统的设计提供理论指导。
结果表明，Al₂O₃纳米颗粒的引入显著限制了聚合物链段的运动性，这一点可由均方位移（MSD）、扩散系数和自由体积分数的降低得到证明。因此，复合材料的玻璃化转变温度（Tg）提高了37.4K，其热稳定性得到显著增强。在Al₂O₃/EP界面处，形成了更深的电子陷阱和空穴陷阱（其陷阱深度分别为3.97eV和6.88eV），从而提高了金属—复合材料界面的电荷注入势垒。这有效抑制了空间电荷积累，并改善了界面电场分布。
上述结果阐明了纳米填料调控环氧基绝缘材料热学与电学性能的内在机制。本工作为适用于高压直流应用的先进绝缘系统设计提供了理论指导，并有助于推动更高可靠性、更紧凑型电力装备的发展。
 

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