低聚物和單壁碳納米管相互作用的分子動力學模擬.pdf

1、本文使用基于COMPASS力場的分子動力學模擬方法研究了五種低聚物和單壁碳納米管的相互作用，在原子和分子的層次上來考察均聚物單體間的鍵接方式和鏈段的構象對聚合物與單壁碳納米管之間物理吸附影響。 本文首先簡要地介紹了碳納米管與聚合物的基礎知識和近年來碳納米管聚合物超強復合材料研究領域的一些重要研究成果和進展，并提出本文的研究內容以及目的和意義。其次闡述了系綜理論和Nose-Hoover等溫分子動力學方法以及分子動力學模擬的基本理論

2、，接著介紹了力場方法和COMPASS力場。再次，闡述了單壁碳納米管與低聚物相互作用體系的構建和分子動力學模擬的實施細節(jié)，并較詳細地給出各個體系的模擬結果和分析討論。最后，給出研究總結以及工作展望。 本文給出了五種低聚物和(10，10)單壁碳納米管相互作用體系在400K時的相互作用能曲線、界面結合能以及相互作用圖片，并對這些模擬結果作了較詳細的分析。我們認為，在400K時就低聚物在單壁碳納米管表面的吸附形態(tài)而言，聚乙烯傾向于取伸展

3、的形態(tài)，聚丙烯和聚苯乙烯傾向于取蜷曲的形態(tài)；所有的聚對苯乙炔和除某些特殊構象外的所有聚苯乙炔都傾向于取螺旋纏繞的形態(tài)。其中聚對苯乙炔的纏繞程度和其單體間的鍵接方式有關系，頭頭相連的聚對苯乙炔的纏繞最強。在400K時就各低聚物和單壁碳納米管的吸附強度而言，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚苯乙炔和聚對苯乙炔依次增強；其中聚丙烯、聚苯乙烯以及聚對苯乙炔和單壁碳納米管的吸附強度受單體間的鍵接方式以及鏈段的構象這兩個因素的影響很小，但是聚苯乙炔和單壁

4、碳納米管的吸附強度卻強烈地受到此二因素的影響，通過選擇合適的單體間的鍵接方式以及鏈段的構象可以獲得對單壁碳納米管有強烈纏繞形態(tài)和較強吸附強度的聚苯乙炔結構。 另外，對于類似于聚丙烯和聚苯乙烯的非共軛聚合物，我們發(fā)現(xiàn)它們在單壁碳納米管表面的吸附形態(tài)和吸附強度與它們的初始構象以及它們相對于單壁碳納米管的初始位置無關，并給出了理論解釋。在利用分子動力學模擬對某個分子進行構象搜尋時，我們認為如果把此分子和其它的分子組成相互作用體系再進行