功能化石墨烯-聚合物復合系統(tǒng)的界面特性與力學性能增強.pdf

1、近些年來，許多研究表明石墨烯作為納米填充材料可以顯著改善聚合物的性能，石墨烯有望代替碳納米管成為新型的納米填充材料。由于復合材料界面結(jié)合微觀機理非常復雜，實驗研究很難實現(xiàn)系統(tǒng)的研究，所以計算模擬方法被廣泛地應(yīng)用到該領(lǐng)域。本文應(yīng)用分子動力學模擬方法，采用ReaxFF勢函數(shù)，模擬了功能化石墨烯從PE、PMMA和PVA三種聚合物基體中拉出過程，揭示了功能化對復合系統(tǒng)界面剪切強度增強的微觀機理。主要研究內(nèi)容如下：
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2、備了 PE、PMMA和 PVA三種基體的功能化石墨烯/聚合物納米復合系統(tǒng)樣本，其中包含5種功能化率（0％、2.5%、5.0%、7.5%和10%）、不同類型功能基團（-H、-O-、-OH、-NH2和-CH3）的功能化石墨烯，一共制備了55組復合系統(tǒng)樣本，并確定了功能化石墨烯從聚合物基體中拉出的模擬方法。
　?、谘芯苛斯δ芑瘜E、PMMA和PVA基體系統(tǒng)界面結(jié)構(gòu)特性的影響，并分析了其內(nèi)在的機理。研究發(fā)現(xiàn)不同功能基團嵌入基體程度不同，

3、其中功能基團-CH3和-OH基團嵌入基體較為明顯，而-H和-O-基團則無明顯嵌入。研究還表明聚合物原子在石墨烯表面存在聚集和分層現(xiàn)象，功能基團會阻礙這種原子的聚集。
　?、垩芯苛似胶鈶B(tài)下PE、PMMA和PVA基體系統(tǒng)中界面氫鍵和界面相互能。研究發(fā)現(xiàn)含氧基團與極性聚合物PMMA和PVA之間有界面氫鍵的形成，而與非極性聚合物 PE界面之間并沒有氫鍵的形成。研究還表明隨著功能化率的增大，-O-和-OH功能化系統(tǒng)的相互作用能呈線性遞增趨勢

4、，而對于-H和-CH3卻呈遞減變化趨勢。其中PVA基體系統(tǒng)的界面相互作用能明顯大于PMMA和PE系統(tǒng)。
　?、芡ㄟ^改變功能化率和功能基團類型，研究了功能化對PE、PMMA和PVA三種基體系統(tǒng)界面結(jié)構(gòu)演變和力學特性的影響及其內(nèi)在機理。研究發(fā)現(xiàn)功能基團會限制分子鏈在石墨烯表面的相對滑動，阻礙分子鏈的運動聚集。結(jié)果還表明隨著功能化率的增大，界面剪切強度提高，被拉出分子鏈的數(shù)量明顯增多，界面被破壞位置從界面上轉(zhuǎn)移至基體內(nèi)部。此外不論何種基