聚酰亚胺（PI）/无机纳米颗粒杂化材料具有良好的电学、力学、热学及机械性能，已成为电气绝缘、微电子技术等领域研究的的重点和热点。目前，对聚酰亚胺基纳米电介质的研究主要集中在采用各种方法制备不同无机物的复合材料，同时采用软件模拟一些复合材料的结构和性能，但采用软件模拟施加温度场和电场的情况下，研究酰亚胺基纳米电介质的结构和性能变化还鲜有报道。二氧化钛（TiO₂）具有较高介电常数和吸收紫外线能力，与聚酰亚胺基形成PI/TiO₂成为一种新型纳米电介质材料。本研究采用MaterialsStudio4.0软件，研究无机纳米TiO₂颗粒杂化PI薄膜的结构与性能，研究在温度场和电场作用下，复合材料结构与性能变化规律具有重要的理论意义和实际应用前景。采用MaterialsStudio4.0软件中的Discover模块研究PI与不同尺寸的TiO₂晶面及TiO₂晶体的不同晶面之间的结合能，结果表明：优化后的PI结构模型与不同超晶格尺寸的TiO₂（012）晶面结合后，随着TiO₂纳米颗粒超晶格尺寸的增加，体系的总能量降低，结合能增加，即在TiO₂颗粒的（012）晶面上，超晶格尺寸越大，TiO₂晶体表面与PI结合得越牢固；而PI模型与TiO₂颗粒的不同晶面结合，其体系的总能量大小排序为（001）>（012）>（221），结合能大小排序为（012）>（001）>（221），即体系在（012）晶面上两相结合得最牢固，而在（221）晶面上体系的稳定性最高。采用AmorphousCell模块和Discover模块研究不同温度下PI及PI/TiO₂体系的空间结构及能量组成的变化，模拟结果表明：当温度达到698K时，PI模型的空间构型发生明显变化，材料的稳定性被破坏；而当温度分别达到738K、758K、778K时，掺入TiO₂晶体尺寸分别为（1×1）、（2×2）、（3×3）的PI/TiO₂体系的总能量和结合能才会发生明显变化。即TiO₂掺杂使PI材料的热稳定性提高，掺入TiO₂的含量越高，材料的热稳定性越好，达到改性的目的。采用Dmol3模块研究不同电场中PI及PI/TiO₂体系的能量组成变化，模拟显示：当电场达到190kV/mm时，PI材料的各能量值均发生明显改变，其中HOMO能级上电子的能量值明显增加，即HOMO能级上电子易发生迁移，材料的导电性明显增强，材料击穿，PI材料击穿场强约为190kV/mm；掺入尺寸分别为（1×1）、（2×2）、（3×3）的TiO₂颗粒后，PI/TiO₂体系的击穿场强分别约为240kV/mm、230kV/mm、220kV/mm，比纯PI材料的击穿场强略高，其击穿场强有所提高，电击穿性能改善。由于电场中PI/TiO₂材料的结合能为负值，即材料中PI分子与TiO₂颗粒相排斥，且场强值越高，排斥作用越大，即二者结合得越困难，使TiO₂颗粒难于掺杂到PI薄膜中；模拟结果表明，当施加较强电场时，不宜使用PI/TiO₂材料。