自組裝體系的橡膠納米復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)性能關(guān)系的分子動力學(xué)模擬研究.pdf

1、隨著新型自組裝技術(shù)的不斷進步，我們對材料微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控的能力不斷提高，但針對橡膠納米復(fù)合材料，由于存在多層次多尺度的復(fù)雜相互作用，目前實驗手段很難清晰表征出微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能間的關(guān)系，導(dǎo)致納米粒子填充復(fù)合材料因自組裝而構(gòu)成的新型微觀結(jié)構(gòu)（如層狀、海島狀與柱狀）對力學(xué)性能的影響缺乏深入的理解。隨著計算機模擬技術(shù)的發(fā)展，分子動力學(xué)模擬在表征橡膠納米復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與預(yù)測其動靜態(tài)力學(xué)性能方面發(fā)揮越來越重要的作用，并為實驗研究提供理論指導(dǎo)。

2、>　　基于以上研究背景，本論文主要工作是采用分子動力學(xué)模擬方法，圍繞自組裝體系的橡膠納米復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)-宏觀力學(xué)性能關(guān)系開展了深入系統(tǒng)的研究。主要內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:
　　(1) uniform/patchy填充納米顆粒對橡膠基復(fù)合材料微觀形貌以及機械性能的影響。本節(jié)我們通過分子動力學(xué)模擬，在分子尺度研究了uniform粒子（未改性納米顆粒）以及patchy粒子（在顆粒表面指定位置上相互吸引或排斥）對材料微觀結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能的影響

3、。首先我們探究了剪切幅度以及NP-NP間作用力對聚集的影響。有趣的是，當(dāng)NP間相互作用力較大時，G'在聚集的中間時刻出現(xiàn)了最大值，這主要是因為聚合物-填料間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在動態(tài)剪切下，繼續(xù)探究了不同NP-NP間相互作用力以及納米顆粒不同填充分?jǐn)?shù)時，G'隨剪切幅度的關(guān)系圖，結(jié)果表明在適當(dāng)剪切幅度下會形成一個由納米顆粒構(gòu)成的貫穿系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其次研究了patchy粒子不同自組裝結(jié)構(gòu)（線狀/片狀），首次將具有不同自組裝結(jié)構(gòu)的PNCs的力學(xué)性

4、能進行了對比。
　　(2)動態(tài)剪切下uniform/Janus粒子填充嵌段共聚物復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變行為的研究。盡管對于嵌段共聚物復(fù)合材料自組裝進行了大量的研究，但是關(guān)于其有序結(jié)構(gòu)以及所導(dǎo)致的機械性能卻尚未探究過。我們采用分子動力學(xué)模擬粗粒度模型研究了動態(tài)剪切下uniform/Janus粒子填充嵌段共聚物復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變行為。首先我們研究了純嵌段共聚物中組分比以及嵌段排列方式的影響，通過改變組分比，逐漸自組裝形成海島狀，柱狀穿插以及片