Su-8膠及其復(fù)合材料力學(xué)和阻尼特性的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、近年來，聚合物材料的研究成為了當前國內(nèi)外學(xué)者的研究重點，許多研究者致力于開發(fā)新的材料配方、改進已有材料，希望能夠合成天然的、具有優(yōu)異特性的仿生材料。因此，本文基于SU-8光刻膠在MEMS領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，運用分子動力學(xué)的研究方法，針對SU-8膠及復(fù)合材料的力學(xué)、熱力學(xué)及阻尼性能等進行研究。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)材料宏觀性質(zhì)的預(yù)測，還有助于從微觀上認識和解析出材料宏觀現(xiàn)象產(chǎn)生的機理。
　　首先，本文結(jié)合分子力學(xué)和分子動力學(xué)的基本理論，分析了適合

2、聚合物材料研究的分子動力學(xué)的力場、系綜、邊界等條件，提出了基于COMPASS分子力場，經(jīng)過分子聚合、能量最小化和退火模擬等構(gòu)建非交聯(lián)和交聯(lián)的SU-8光刻膠模型的方法。計算得到了SU-8膠在室溫條件下的楊氏模量、泊松比等力學(xué)性能參數(shù)，并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比證明了建立材料模型方法的可行性以及分子動力學(xué)算法的有效性。
　　其次，建立SU-8膠和不同類型碳納米管共混的復(fù)合材料模型，利用分子動力學(xué)的方法研究不同類型的碳納米管對材料力學(xué)性

3、能的影響，結(jié)果表明:碳納米管可以極大的提高材料力學(xué)性能:隨著碳納米管管徑增加復(fù)合材料楊氏模量逐漸減小;同時證明了相對于單壁碳納米管而言，雙壁碳納米管更能顯著改善材料力學(xué)性能。
　　再次，利用分子動力學(xué)模擬研究了SU-8膠的玻璃化轉(zhuǎn)變行為及其主要的影響因素，預(yù)測得到了非交聯(lián)和交聯(lián)SU-8膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為326.7K和494.8K。著重討論了力場能量項對玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響，得到非鍵能的改變是影響玻璃化轉(zhuǎn)變的主要因素，有助于深

4、入理解玻璃化轉(zhuǎn)變過程的本質(zhì)和研究材料阻尼性能的微觀機理。同時，利用動態(tài)機械分析(DMA)實驗測試得到了不同工藝參數(shù)的SU-8膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
　　最后，計算了SU-8膠及復(fù)合材料的氫鍵、徑向分布函數(shù)、自由體積分數(shù)和結(jié)合能等相關(guān)參數(shù)。通過計算復(fù)合材料界面結(jié)合能來得到碳納米管和SU-8膠的結(jié)合強度;通過計算SU-8膠的氫鍵和徑向分布函數(shù)，可知分子內(nèi)和分子間的相互作用方式;通過復(fù)合材料自由體積的計算，結(jié)合自由體積的變化對玻璃化轉(zhuǎn)變的影