納米通道中聚乙烯分子流動特性的分子動力學研究.pdf

1、近幾十年來，隨著微納米加工技術的發(fā)展，高分子聚合物流體在微納米尺度下的流動被廣泛關注，但因為高分子聚合物流體表現(xiàn)出異于牛頓流體的獨特性質，目前針對高分子聚合物流體流動理論的建立并不全面，所以無論在實驗上還是理論上，研究高分子聚合物流體在微納尺度上的流動都是當今的熱點話題。隨著電子顯微鏡及其相關先進觀察設備的高速發(fā)展，很多學者在實驗上也獲得了高分子聚合物在微納通道中運動過程的一些研究成果，但因為實驗設備、環(huán)境因素以及加工技術的限制，使得相

2、關的實驗數(shù)據(jù)并不豐富，因此更多的學者采用分子動力學模擬的方法對微納尺度下的聚合物流體流動進行研究，也提出了很多經驗模型。但采用經驗模型得到的數(shù)據(jù)結果有時與實驗數(shù)據(jù)差距大，并且對某種特定的聚合物流體缺乏指導意義，在采用分子動力學模擬聚乙烯分子鏈的特征數(shù)值被公布之后，本文成功模擬了聚乙烯流體在各種微納通道中的流動過程并得到了很多有指導意義的結果，對高分子聚合物流體在微納尺度下的流動的研究提供了技術支持。
　　因為在變截面通道模型中，常

3、用的分子動力學處理虛擬熱壁面的全反射壁面處理方法和隨機反射壁面處理方法存在局限性，所以本文首先提出了一種適用性更強的虛擬熱壁面處理方法——半反射壁面處理方法，然后采用納米間距平行平板通道中氬流體和納米矩形通道中氬流體的平衡態(tài)分子動力學模擬的結果驗證這種方法的正確性和可應用性。此后，采用半反射壁面處理方法，對納米間距平行平板通道中聚乙烯流體的平衡態(tài)、非平衡態(tài)，納米矩形通道中聚乙烯流體的平衡態(tài)、非平衡態(tài)采用分子動力學方法進行模擬。在此工作的

4、基礎上，本文針對納米注射這種廣泛應用的技術，采用分子動力學方法模擬了變截面納米通道內聚乙烯分子注射過程。通過本文的研究主要得到以下主要結論：
　　1）采用半反射壁面條件處理方法不僅可以在分子動力學模擬中體現(xiàn)恒壁溫條件和壁面不光滑的物理條件，而且也可以在分子動力學模擬中真實反映粒子反射后的位置；還可以在不規(guī)則納米通道中應用，簡化速度矢量計算方法，從而便于計算；
　　2）在其它條件相同的通道中，分子鏈鏈長主要影響聚乙烯分子鏈的重

5、心分布，鏈長300相對于鏈長30的聚乙烯分子鏈更加集中分布在中心軸附近；
　　3）在其它條件相同的通道中，在非平衡態(tài)流動的納米間距平行平板通道中和平衡態(tài)的納米矩形通道中，壁面對聚乙烯分子鏈發(fā)生吸附作用，隨著通道寬度(矩形通道高度與寬度比值)增大，聚乙烯分子鏈的分布重心由壁面逐漸向中心軸轉移，聚乙烯分子鏈的集中對聚乙烯的流動除了具有阻力的影響之外，還起到了穩(wěn)定聚乙烯流體流動速度的作用；
　　4）在其它條件相同的通道中，亞甲基粒