高分子链在纳米体系表面取向行为的分子动力学模拟

【摘要】高分子复合材料中添加的无机物或有机物影响着高分子的聚集态，而高分子的聚集态又决定着复合材料的性质。实验上对于复合材料的研究主要集中于观察复合材料形貌的变化和添加的填料的多少对于复合材料宏观性质的影响，但要提供相应微观机理的描述比较困难。因此本文运用分子动力学的方法模拟研究高分子链在纳米体系表面的取向行为，理解高分子复合材料界面间的非键相互作用，并通过研究二氧化硅、金纳米线表面对聚乙烯取向行为的影响，了解维度、晶面对高分子取向行为的影响，以期对设计聚乙烯/二氧化硅、聚乙烯/金复合材料提供理论依据。论文内容主要包括以下三个方面。首先，研究了聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氧乙烯、聚乳酸、聚己酸内酯、尼龙6、聚甲基丙烯酸甲酯这九种不同的柔性高分子与石墨烯表面之间的非键相互作用。通过分析石墨烯与高分子间，高分子与高分子间的范德华相互作用和静电相互作用，发现在石墨烯与高分子间的非键相互作用比高分子与高分子之间的更强，所以高分子会吸附在石墨烯表面。还发现当高分子中含有氮原子与氧原子时，会增强非键相互作用。此外，通过分析截断半径对相互作用的影响，发现当截断半径大于9.5时，截断半径对静电相互作用的影响更大。其次，研究了二氧化硅的(111)、(220)和(331)晶面对聚乙烯链取向行为的影响。在前一章的研究中发现，聚乙烯与石墨烯之间的相互作用是最弱的，而且其结构简单，易结晶。据文献报道，全部由碳原子构成的石墨烯能诱导聚乙烯结晶。因此本章将石墨烯换作含有氧原子与硅原子的二氧化硅，研究聚乙烯链在其不同晶面的聚集态。通过分析径向分布函数、取向因子和扩散系数，发现二氧化硅的晶面尽管诱导效果不同，但都能诱导聚乙烯形成有序的结构。最后，研究了金纳米线的(100)、(110)和(111)晶面对聚乙烯链取向行为的影响。经前一章的研究发现，不同的晶面有着不同的诱导效果。当将诱导的维数由二维变到一维时，晶面的不同同样导致了不同的诱导效果，但此时晶面对取向行为的影响有所减弱。聚乙烯都沿着金纳米线的径向取向，只是取向的程度略有不同。
【作者】莫勇芳；
【导师】杨传路；
【作者基本信息】鲁东大学，原子与分子物理，2014，硕士
【关键词】高分子复合材料；分子动力学模拟；非键相互作用；取向行为；

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