改性納米粒子增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、當(dāng)前,納米粒子增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料(NRPC)是納米材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,它綜合了納米粒子和聚合物的優(yōu)良性能,在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于納米粒子表面原子數(shù)多、活性高且斷鍵多,易于團(tuán)聚,它的納米尺寸效應(yīng)不能得到很好發(fā)揮,很多研究者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)納米粒子進(jìn)行改性處理可有效改善復(fù)合材料性能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,分子軟件模擬研究可彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)中難以定性定量進(jìn)行分析的不足,提供更直觀的結(jié)果供分析,進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。
　　本文首先根

2、據(jù)Mori-Tanaka方法推導(dǎo)考慮界面相線性變化時(shí)復(fù)合材料有效模量的計(jì)算公式,得到復(fù)合材料的彈性模量和泊松比,并進(jìn)一步分析界面層厚度、納米粒子粒徑和體積分?jǐn)?shù)對(duì)其力學(xué)性能的影響。
　　結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)理論,利用Materials Studio軟件建立二氧化硅(SiO2)納米粒子和聚酰亞胺(PI)的分子模型,再進(jìn)行如下分析研究:
　　1、建立SiO2/PI復(fù)合材料單胞模型,計(jì)算其力學(xué)性質(zhì),求得單胞的楊氏模量、泊松比等,討論納米粒

3、子粒徑及體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:相較于純聚酰亞胺,納米粒子在一定程度上可以提高聚酰亞胺的力學(xué)性能。
　　2、在Materials Studio軟件中分別對(duì)SiO2納米粒子進(jìn)行硅丙烷改性、與聚酰亞胺高分子鏈直接接枝和硅丙烷接枝三種處理方法,模擬計(jì)算經(jīng)過(guò)三種處理的SiO2納米粒子填充PI復(fù)合材料的力學(xué)性能,討論粒子粒徑及接枝率對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響;從能量的角度分析納米粒子改性前后與聚合物基體之間能量的變化,預(yù)測(cè)