高強(qiáng)度納米復(fù)合水凝膠的研究.pdf

1、水凝膠聚合物材料在生活中的多個(gè)領(lǐng)域都得到肯定，但是一般的凝膠材料機(jī)械強(qiáng)度不高，使其應(yīng)用范圍受到很大限制。而聚合物基納米復(fù)合材料可具有無機(jī)物及有機(jī)物的共同優(yōu)點(diǎn)，具有較好的力學(xué)、熱力學(xué)等相關(guān)特性，是提升水凝膠材料強(qiáng)度和性能的有效途徑。但目前納米材料的增強(qiáng)機(jī)理以及材料形貌、含量等對(duì)其增強(qiáng)效果的影響還缺乏深層次的研究。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，分子動(dòng)力學(xué)模擬研究正在受到越來越多研究者的關(guān)注。在此對(duì)純聚合物以及添加石墨烯納米材料的聚合物材料分別進(jìn)

2、行了計(jì)算模擬，并據(jù)其結(jié)果加以分析，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，從而對(duì)納米增強(qiáng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論參考。
　　在本文中，首先利用Accelrys公司的MS(Materials Studio)軟件，構(gòu)建二維單層石墨烯及多層石墨烯的納米填料，以及具有空間三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸水凝膠作為初始模型，對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行了研究。然后制備了石墨烯增強(qiáng)凝膠復(fù)合材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。具體工作包括:
　　1、建立三維初始單胞聚丙烯酸材料模型并進(jìn)行幾何能

3、量?jī)?yōu)化、分子動(dòng)力學(xué)模擬得到合理的單胞模型。然后計(jì)算其力學(xué)性質(zhì)得到單胞的楊氏模量、泊松比、剪切模量等相關(guān)數(shù)值。為了減小計(jì)算誤差，本文建立多個(gè)聚丙烯酸單胞模型，并進(jìn)行相關(guān)力學(xué)性質(zhì)計(jì)算，通過求其平均值獲得更加精確的理論數(shù)值。
　　2、討論含水量對(duì)凝膠密度、體積、力學(xué)性能等的影響。
　　3、構(gòu)建含二維單層石墨烯的納米復(fù)合水凝膠，同樣對(duì)建立的初始模型進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬和力學(xué)性質(zhì)計(jì)算得到納米復(fù)合水凝膠的楊氏模量、泊松比、剪切模量等相關(guān)數(shù)