鏈結(jié)構(gòu)對高分子材料導(dǎo)熱性能影響的分子動力學(xué)模擬研究.pdf

1、隨著工業(yè)化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,高分子材料因其價格低廉、綜合性能優(yōu)異等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子和電氣等領(lǐng)域中,然而其導(dǎo)熱性能極差(約0.1 W·m-1·K-1),不能適應(yīng)高集成度和高功率所產(chǎn)生的高熱量,以致出現(xiàn)熱疲勞破壞等問題,因此高分子材料的導(dǎo)熱性能亟需改善。本文基于非平衡態(tài)分子動力學(xué)(NEMD)方法,以高分子鏈和高分子體材料為研究對象,研究了鏈結(jié)構(gòu)(雙鍵、支化和拉伸形變)對高分子材料導(dǎo)熱性能的影響,并進一步探討了其微觀導(dǎo)

2、熱機理,以期為高分子材料導(dǎo)熱性能的改善提供理論預(yù)測與指導(dǎo)。
　　本文模擬了聚乙炔(PAc)、聚乙烯(PE)和順1,4-聚丁二烯(cis-1,4-PB)分子鏈的熱傳導(dǎo)過程,研究了雙鍵對高分子鏈導(dǎo)熱性能的影響。結(jié)果表明隨著鏈長(L)的增大,高分子鏈的熱導(dǎo)率逐漸增大,且增加趨勢逐漸變緩,其中含共軛雙鍵的高分子鏈熱導(dǎo)率最高,不含雙鍵的高分子鏈次之,含非共軛雙鍵的高分子鏈最低;均方回轉(zhuǎn)半徑()和均方位移(MSD)分別能反映高分子構(gòu)

3、象的大小和變化情況,共軛雙鍵使體系的和MSD均減小,非共軛雙鍵則反之。徑向分布函數(shù)(RDF)用于反映分子主鏈上原子的分布情況,雙鍵使體系的RDF更大。振動態(tài)密度圖譜(VDOS)的高頻峰能反映原子的伸縮、彎曲振動等,其顯示含非共軛雙鍵的分子鏈峰值較高,含共軛雙鍵的分子鏈峰值較低;VDOS的低頻峰與體系的熱擴散有關(guān),其顯示含雙鍵的分子鏈峰值均較高。
　　模擬了立構(gòu)規(guī)整的乙丙交替共聚物(alternating isotacti

4、c PEP)、聚異戊二烯(PI)分子鏈的熱傳導(dǎo)過程,研究了支化對高分子鏈導(dǎo)熱性能的影響。結(jié)果表明,通過與 PE和cis-1,4-PB分子鏈熱導(dǎo)率的對比,發(fā)現(xiàn)主鏈上含支鏈的高分子鏈熱導(dǎo)率較低,有限尺寸效應(yīng)較明顯;此外,支化使體系的和MSD均增大;對于不含雙鍵體系,支化使體系的 RDF增大,而含雙鍵體系則反之;VDOS圖譜顯示,含支鏈高分子鏈高頻峰值較高,低頻峰值較低。
　　模擬了被拉伸的 PE分子鏈和 PE體材料的熱傳導(dǎo)過

5、程,研究了拉伸形變對高分子材料導(dǎo)熱性能的影響。結(jié)果表明當拉伸應(yīng)變量(ε)一定時,隨著 L的增大,高分子鏈和高分子體材料的熱導(dǎo)率均逐漸增大,但前者的增加趨勢逐漸變緩,而后者的增加趨勢先增大后減緩;當L一定時,隨著ε的增大,高分子鏈和高分子體材料的熱導(dǎo)率均逐漸增大,且增加趨勢逐漸變緩;高分子鏈的、MSD、RDF以及VDOS圖譜的高頻峰均隨ε的增大而減弱;當L較短時,高分子體材料的MSD、RDF以及VDOS圖譜的高頻峰均隨ε的增大先