24666.納米通道中高聚物熔體流動分子動力學模擬

1、碩士學位論文納米通道中高聚物熔體流動分子動力學模擬MolecularDynamicsSimulationofPolymerMeltsFlowinNanochannel國家自然科學基金項目(NO5l175060)國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973項目)子課題(NO2012CB025905)學21104031完成日期：2Q!壘Q52Q大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要隨著科學技術(shù)的

2、發(fā)展，自然科學和工程技術(shù)正朝著微型化和納米化方向邁進。微／納電子機械系統(tǒng)和微／納流體系統(tǒng)技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)、電子信息技術(shù)及生物工程等領域有著廣泛的發(fā)展和應用前景。但受微尺度因素影響，微小尺度零件的成形制造和微納流體流動的許多理論和技術(shù)問題，尚未得到有效解決。尤其是對微納尺度通道中非牛頓性高聚物熔體的流動行為和流場中的分子鏈結(jié)構(gòu)形態(tài)變化規(guī)律及其影響因素的微觀作用機理，還缺乏全面的了解和深刻的認識。這是影響微納系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展和微流體器件應用的關(guān)鍵

3、核心問題。因此研究微納尺度通道中長鏈高分子流體的微觀流動行為，探索流場中不同因素對長鏈分子運動形態(tài)的作用機理，揭示微納尺度流體的流動規(guī)律，對促進微納系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文在全面了解微納尺度流體流動理論和應用技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎上，針對高聚物分子在微納尺度通道中的流動行為及不同影響因素的作用關(guān)系，依據(jù)高聚物流變理論，采用分子動力學方法和珠簧鏈模型，模擬了長鏈高分子在納米尺度通道中的泊肅葉流動行為。著重研究了光滑通道中的分子鏈長度、

4、外部驅(qū)動力、邊界作用參數(shù)、通道高度及熔體溫度，對高聚物分子流動特性的影響關(guān)系；通道表面粗糙度對高聚物流動特性的影響；超聲波作用場對高聚物流動過程的促進作用。通過統(tǒng)計聚合物速度場信息、聚合物單體空間分布信息、聚合物流動輸運信息、聚合物結(jié)構(gòu)改變信息，分析了聚合物在納米通道流動過程中動態(tài)特性和結(jié)構(gòu)特性。光滑通道中分子鏈長度、外部驅(qū)動力、邊界作用參數(shù)、通道高度及熔體溫度對聚合物流動特性影響的研究結(jié)果表明：①聚合物鏈長度增加，聚合物的擴散能力增加

5、，分子鏈的回轉(zhuǎn)半徑不斷增加，取向稍許增強；②外部作用力對流動的速度場影響明顯，隨著驅(qū)動力力增加，流體處在不同的運動區(qū)域(分子自由震蕩區(qū)、耦合區(qū)、驅(qū)動力主導區(qū))，聚合物的擴散能力變強，分子鏈的回轉(zhuǎn)半徑變大，取向變強。③對于親水性壁面，聚合物流動速度減小，并且壁面滑移現(xiàn)象可能消失，親水性壁面不利于聚合物的擴散。④通道高度對聚合物分子形態(tài)有顯著的影響，在分子鏈回轉(zhuǎn)半徑大于通道寬度時，分子鏈處于被擠壓的狀態(tài)。⑤納米尺度中對于珠簧模型鏈的聚合物熔