高聚物流變屬性的耗散粒子動力學(xué)模擬.pdf

1、近年來，納米顆粒的研究成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，目前高聚物領(lǐng)域的三分之一以上的研究都聚焦于納米顆粒高聚物復(fù)合材料。制備高質(zhì)量的高聚物復(fù)合材料，其難點(diǎn)在于將納米顆粒與高聚物在流變作用下有效復(fù)合。由于高聚物分子的分子量巨大，當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)很難高效地進(jìn)行規(guī)律性的研究；困于尺度上的限制，分子尺度上的仿真很難實(shí)現(xiàn)。
　　對于流變過程中碳納米管高聚物復(fù)合材料的碳納米管分散和順直程度的研究是成形過程中的關(guān)鍵性問題。對于此，耗散粒子動力學(xué)介觀模擬有著其獨(dú)

2、特的優(yōu)勢，可以有效地彌補(bǔ)宏觀和微觀模擬的不足。主要體現(xiàn)在：a.建模簡易，可以利用經(jīng)典的分子動力學(xué)模型和勢函數(shù)；b.參數(shù)化復(fù)合材料組成元素的相溶性；c.仿真尺度大；d.工具成熟，可以借助于大尺度并行計(jì)算軟件LAMMPS，Materials Studio等。本論文在耗散粒子動力學(xué)方法的基礎(chǔ)上，成功建立了碳納米管復(fù)合材料的介觀模型，進(jìn)行了流變下碳納米管分散和順直程度的仿真計(jì)算，并探討了流變作用形成的復(fù)合材料的導(dǎo)熱過程的模擬。
　　主要研

3、究成果如下：
　　1.從介觀上得到了碳納米管高聚物復(fù)合材料的分散和順直的形貌，提出分散概率和平均角度的概念定量地分析了碳納米管的分散程度和順直程度。建立了高聚物和碳納米管的粗?；Ｐ?。其中，高聚物粗?；癁橛邢蘅缮煺狗蔷€性彈性粒子鏈，碳納米管粗?；癁橛扇h(huán)組成的柱狀粒子管。建立了流變模型。采用反轉(zhuǎn)泊肅葉流對體系施加剪切力流場，簡化了仿真過程中的周期性邊界條件。通過對這種流變下高聚物粘度的計(jì)算，證明此流變模型能夠有效地反映高聚物流變

4、屬性。在此基礎(chǔ)上，提出分散概率和平均角度對碳納米管分散和順直程度進(jìn)行標(biāo)定，有效地測量了仿真體系的分散和順直程度。
　　2.流變作用下，碳納米管傾向于分布在水流速度較大的區(qū)域。對碳納米管表面作功能化處理能有效地提高碳納米管分散度，適當(dāng)?shù)氖┘蛹羟袘?yīng)力也利于碳納米管在高聚物中的分散。增大碳納米管長度和體積分?jǐn)?shù)都有助于提高順直度。對于較長的碳納米管，持續(xù)地增大碳納米管體積分?jǐn)?shù)，在分散很好的情況下，其順直度會有持續(xù)顯著地提高。對于較短的碳納

5、米管，隨碳納米管體積分?jǐn)?shù)增大，順直度沒有非常明顯的提升。
　　3.通過 Navier-Stocks能量守恒方程，運(yùn)用平滑粒子流體動力學(xué)建模，首次實(shí)現(xiàn)了介觀上碳納米管高聚物復(fù)合材料的導(dǎo)熱過程的仿真?？紤]分散度，體積分?jǐn)?shù)，碳納米管長度，高聚物鏈長對熱導(dǎo)的影響，對不加流場形成的復(fù)合材料和施加流場后形成的復(fù)合材料進(jìn)行了熱導(dǎo)計(jì)算。對于施加流場形成的復(fù)合材料，比較了其順著流場方向和垂直流場方向的上的熱導(dǎo)。
　　4.碳納米管復(fù)合材料的熱導(dǎo)