聚合物納米復(fù)合材料是材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究重點(diǎn),不僅具有優(yōu)于傳統(tǒng)聚合物材料的力學(xué)性能,同時又能結(jié)合填充納米顆粒自身的優(yōu)良性能,如導(dǎo)熱、導(dǎo)電和磁性等性能。要實(shí)現(xiàn)聚合物/納米顆粒復(fù)合材料的綜合優(yōu)異性能,實(shí)現(xiàn)填料的理想分散是首先需要解決的問題。因此,如何建立其微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)聯(lián)則是實(shí)現(xiàn)性能可控的關(guān)鍵。在填料表面均勻的接枝兩親性嵌段聚合物可以實(shí)現(xiàn)可控的納米顆粒分散和特定的自組裝結(jié)構(gòu)。由于存在填料之間的互相作用焓和接枝高分子鏈構(gòu)像熵的共存與競爭關(guān)系,實(shí)驗(yàn)的表征手段與方法是很難進(jìn)行精確表征與分析的。因此,計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在理解和預(yù)測聚合物納米復(fù)合材料的性能增強(qiáng)方面發(fā)揮著越來越重要的作用。基于以上研究背景,本論文主要是通過粗粒度分子動力學(xué)模擬,圍繞著自組裝結(jié)構(gòu)對于聚合物納米復(fù)合材料分散性及力學(xué)性能影響的微觀機(jī)理進(jìn)行了初步探索。研究工作主要從以下兩個方面展開:一、納米顆粒接枝兩親性嵌段聚合物鏈對納米顆粒（NP）分散性及力學(xué)性能影響的微觀機(jī)理研究通過運(yùn)用粗粒度分子動力學(xué)模擬,我們構(gòu)建了一系列的納米顆粒接枝兩親性嵌段聚合物,并將其共混在均聚物基體中。通過設(shè)置組分間的相互作用參數(shù),使得接枝嵌段鏈一部分... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市211工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖３－１納米顆粒接枝兩親性的二嵌段聚合物模型建立過程

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???１２０１???４Ｍ??１００?－?｜??‘Ｖ廣０??Ｉ??Ｎｐｏ??８０?＊１?…剛麵?ＪＶ?？５０??｜?；｜??ｉＶ＊７０??Ｓ?６０?－?；?？??Ｉ?｜?—，??２０?－?：?＼?Ｉｆｌ?５．９０??４?５?６?７?８?９??ｒ／ａ??圖３－３納米顆粒之間的徑向分布函數(shù)隨接枝鏈的接枝密度Ｚ的變化??Ｆｉｇ．?３－３?Ｔｈｅ?ｒａｄｉａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｇ（ｒ）?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＰｓ?ａｔ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｇｒａｆｔｉｎｇ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?ＰＮＣｓ??由圖我們可以分析到，對于無接枝體系，即＼＝〇，納米顆粒團(tuán)聚在一起。對應(yīng)??于徑向分布函數(shù)中，因?yàn)榧{米顆粒的直徑為４〇？，在ｒ?＝?４．０５ｏ■處出現(xiàn)一個強(qiáng)度很高的??峰，對應(yīng)著納米顆粒之間的直接接觸平衡距離。隨著接枝密度的提高，即＼?＝３０到??＆?＝９０，不同接枝密度體系在徑向分布函數(shù)中的第一個峰分別在距離為４．９５（７，??５．９（ｋｒ和６．７８ａ的位置。這一結(jié)果說明兩點(diǎn)：１、通過在納米顆粒表面接枝嵌段聚合物，??是有效改善納米顆粒團(tuán)聚的方法；２、對于接枝體系，通過提高接枝密度能夠進(jìn)一步提??高納米顆粒的分散性。對于低接枝密度體系＝３０），盡管接枝鏈在空間中起到了隔??絕納米顆粒之間相互聯(lián)系的作用，但是由于接枝密度低，接枝鏈并沒有很好的包裹納??米顆粒，致使納米顆粒的大部分表面暴露。根據(jù)熵效應(yīng)，納米顆粒還是有團(tuán)聚的。但??是，在高接枝密度下＝９０），納米顆粒的平均質(zhì)心距離可以達(dá)到６．７８〇■，并且該峰??的強(qiáng)度相對較低，說明納米顆粒趨近于均勻分散。隨后，我們計(jì)算

ｈｔ?ａｘｉｓ?ｄｅｎｏｔｅｓ?ｔｈｅ?ｔｏｔａｌ?ＮＰ－ＮＰ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｅｎｅｒｇｙ，?（ｂ）?Ｔｈｅ??ａｘｉｓ?ｄｅｎｏｔｅｓ?ｔｈｅ?ａｖｅｒａｇｅ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ?ＮＰ?ｂｅａｄｓ?ａｒｏｕｎｄ?ｅａｃｈ?ＮＰ?ｗｉｔｈ?ｒｅｓｐｅｃｔ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｇｒａｆｔｉｎｇ??ｄｅｎｓｉｔｙ．?Ｔｈｅ?ｈｏｒｉｚｏｎａｌ?ｏｒｄｉｎａｔｅ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ?ｔｈｅ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｆｒｏｍ?ｔｈｅ?ＮＰ?ａｔ?ｔｈｅ?ｃｅｎｔｅｒ．??在圖３－４（ａ）的左側(cè)ｙ軸中，我們展示了當(dāng)接枝密度逐漸提高時，納米顆粒周圍相??同粒子的精確數(shù)目，可以看到對于無接枝體系，每個納米顆粒周圍平均有７個相同粒??子，說明納米顆粒的團(tuán)聚是很高的。當(dāng)嵌段聚合物接枝到納米顆粒表面后，可以看到??臨近納米粒子數(shù)也隨之降低，這一結(jié)果也進(jìn)一步證明之前的結(jié)論。在圖３－４（ａ）的右側(cè)??ｙ軸中，我們計(jì)算了填料之間總的范德華相互作用能。隨著接枝密度提高，納米顆粒??在空間中分散性提高，其之間的質(zhì)心距離會逐漸增大，由之前的介紹，當(dāng)粒子間距超??過截?cái)喟霃胶�，粒子之間是沒有非鍵相互作用的。由圖我們可以看到，在高接枝密度??下納米顆粒之間的總相互作用能量趨近于零。這一結(jié)果說明接枝鏈有效地提高了納米??顆粒之間的距離，有效地阻斷了納米顆粒之間的聯(lián)系。??通過接枝兩親性的嵌段聚合物鏈，可以有效地提高納米顆粒的分散性，針對這一??結(jié)論，我們做了進(jìn)一步地探宄了微觀結(jié)構(gòu)對于這一結(jié)論的支撐。我們通過隨機(jī)地選取??體系中一個納米顆粒及其所連接的接枝鏈，我們發(fā)現(xiàn)納米顆粒及其接枝鏈形成了核殼??自組裝結(jié)構(gòu)，如圖３－５所示。??■身．．?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]橡膠的納米增強(qiáng)及納米復(fù)合技術(shù)[J]. 張立群,吳友平,王益慶,王一中,張慧峰,余鼎聲,賀建蕓.  合成橡膠工業(yè). 2000(02)



本文編號：3624869