纖維素-二氧化硅納米復(fù)合材料的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的功能化是現(xiàn)代材料發(fā)展的趨勢(shì)，這使得有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料成為了復(fù)合材料家族中最耀眼的明星。由于纖維素具有無(wú)污染、資源豐富、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，可將它改性制成無(wú)機(jī)納米粒子/纖維素復(fù)合材料，這種材料兼具纖維素、無(wú)機(jī)粒子的優(yōu)點(diǎn)，是近些年纖維素材料的研究熱點(diǎn)。高分子材料中加入納米二氧化硅粒子通常會(huì)提高了材料的力學(xué)強(qiáng)度、韌性、耐磨性和耐老化性等。纖維素作為一種天然的高分子聚合物摻雜了二氧化硅納米粒子形成的復(fù)合材料預(yù)計(jì)將在在結(jié)合

2、力、結(jié)合強(qiáng)度、力學(xué)性能、熱學(xué)性能等都有顯著改善。而兩項(xiàng)界面之間的多樣性的結(jié)構(gòu)和界面作用強(qiáng)弱會(huì)影響到材料的物理化學(xué)性能。本文運(yùn)用分子模擬的方法來(lái)研究纖維素/二氧化硅納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、界面作用以及熱學(xué)性能，主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)部分：
　　 ⑴以LbL法制得的纖維素-二氧化硅復(fù)合材料SEM 圖為依托，構(gòu)建了5個(gè)不同晶格面積的二氧化硅晶面和一條低聚合度的纖維素分子鏈，以及它們的雙層結(jié)構(gòu)模型；計(jì)算了復(fù)合體系的界面作用，分析了影響

3、界面作用的主要因素，說(shuō)明了二相之間能形成很好的界面，有利于二氧化硅納米顆粒摻雜到纖維素分子中。
　　 ⑵以本課題組利用Sol-gel法非均相制得的纖維素-二氧化硅復(fù)合材料TEM 圖為依托，構(gòu)建了3個(gè)不同粒徑納米二氧化硅和纖維素分子鏈的包覆結(jié)構(gòu)模型，分別計(jì)算了三個(gè)復(fù)合體系的界面作用，通過(guò)RDF分析發(fā)現(xiàn)復(fù)合體系的4個(gè)特征尖峰較純纖維素的吸收峰要弱，分析得知由于纖維素與二氧化硅之間的弱相互作用促使纖維素分子間氫鍵斷裂，導(dǎo)致各吸收峰減弱

4、。另外，通過(guò)均方位移分析了三個(gè)復(fù)合體系中纖維素鏈的運(yùn)動(dòng)性由高到低依次是Cellulose/SiO2-1 >Cellulose/SiO2-2 > Cellulose/SiO2-3，這說(shuō)明表面羥基化了的二氧化硅納米粒子的嵌入使得體系的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，高分子鏈的運(yùn)動(dòng)性也發(fā)生了變化。這種變化勢(shì)必會(huì)影響到復(fù)合材料的一些性能，對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能及熱學(xué)性能的研究具有一定的意義。
　　 ⑶利用2中建立的纖維素包覆二氧化硅的模型計(jì)算了復(fù)合材料