聚合物納米復合材料應變誘導結晶的研究
Study on the strain-induced crystallization of polymer nanocomposites

1.73萬字 35頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘要： 納米復合材料的概念起源于80年代初期，它是指作為分散相材料的尺寸至少在一維方向在100nm以內的復合材料。天然的納米復合材料在自然界中大量存在，如骨骼，珠母貝殼等，骨骼主要由納米級的片狀羥基磷灰石結晶在骨膠原骨架中組成，同時具有很高的韌性和硬度。分子生物學和仿生學對材料科學和技術的發(fā)展起著推動作用，直到最近20年人們才開始合成納米復合材料，并探索其在各方面的應用。由于納米粒子的顆粒尺寸很小，比表面積很大，使其擁有表面效應，體積效應，量子尺寸效應及宏觀量子隧道效應；再加上聚合物密度小，強度高，耐腐蝕，易加工等優(yōu)良特性，使聚合物納米復合材料呈現(xiàn)出很多不同與常規(guī)聚合物復合材料的特性。聚合物納米復合材料是由各種納米單元與有機高分子材料以各種方式復合成型的一種新型復合材料，其中納米材料為分散相，有機聚合物為連續(xù)相。
聚合物納米復合材料作為新型的結構功能材料被廣泛研究，這種復合材料既有高聚物本身的優(yōu)點，又兼?zhèn)淞思{米粒子的特異屬性，因而使其在力學、催化、功能材料等領域內得到應用，甚至出現(xiàn)全新的性能和功能。所以聚合物納米復合材料有著廣闊的發(fā)展前景。但總體而言，聚合物納米復合材料的研究尚處在起步階段，優(yōu)化聚合物納米復合材料制備工藝，探索其誘導結晶的機理，研制性能優(yōu)異的新材料，是今后納米復合材料發(fā)展的方向。
計算機模擬已經(jīng)成為除理論和實驗之外的第三種常規(guī)研究方法。其中Monte Carlo模擬是一種廣泛應用的隨機模擬方法。可以在三維格子空間中從分子水平上考察鏈的運動以及結晶成核的微觀機理。本文我們使用格子空間中的動態(tài)Monte Carlo模擬方法對二維納米粒子誘導聚合物形成shish-kebab結構的分子機理進行了研究。
第一章，我們簡要介紹什么是聚合物，聚合物的結構特征和物理性能。側重介紹一些聚合物納米復合材料的特殊物理性能，并簡述其結晶行為。
第二章，介紹了動態(tài)Monte Carlo模擬的基本原理以及我們所采用的算法。在我們的模型中主要引入了兩種運動模式：1）單格點跳躍；2）局域蛇行。兩種模式的結合加快了體系的松弛，提高了模擬運算的效率。在我們的格子空間中，每個格點的近鄰位置格點數(shù)有26個，每個鏈可以有總共13個取向，有利于模擬高分子的取向誘導結晶。
第三章，我們使用格子空間中的動態(tài)Monte Carlo模擬方法對二維納米粒子誘導聚合物形成shish-kebab結構的分子機理進行了研究，研究不同條件下二維納米粒子對聚合物結晶過程及其機理的影響。我們發(fā)現(xiàn)長徑比較大的二維納米平板會誘導聚合物溶液結晶形成納米雜化shish-kebab結構。但是隨著平板的長徑比越來越小或寬度越來越大，kebab片晶沿著寬度方向的取向逐漸變大，不再形成納米雜化shish-kebab結構。
第四章，總結過去，放眼未來。


關鍵詞：納米復合材料 Monte Carlo模擬 結晶 取向