聚合物納米復(fù)合材料應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)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(fù)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(nèi)的復(fù)合材料。天然的納米復(fù)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(jié)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(xué)和仿生學(xué)對材料科學(xué)和技術(shù)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(fù)合材料，并探索其在各方面的應(yīng)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(yīng)，體積效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)；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(fù)合材料呈現(xiàn)出很多不同與常規(guī)聚合物復(fù)合材料的特性。聚合物納米復(fù)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(fù)合成型的一種新型復(fù)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(fù)合材料作為新型的結(jié)構(gòu)功能材料被廣泛研究，這種復(fù)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(xué)、催化、功能材料等領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用，甚至出現(xiàn)全新的性能和功能。所以聚合物納米復(fù)合材料有著廣闊的發(fā)展前景。但總體而言，聚合物納米復(fù)合材料的研究尚處在起步階段，優(yōu)化聚合物納米復(fù)合材料制備工藝，探索其誘導(dǎo)結(jié)晶的機理，研制性能優(yōu)異的新材料，是今后納米復(fù)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(yīng)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(jié)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(dǎo)聚合物形成shish-kebab結(jié)構(gòu)的分子機理進(jìn)行了研究。
第一章，我們簡要介紹什么是聚合物，聚合物的結(jié)構(gòu)特征和物理性能。側(cè)重介紹一些聚合物納米復(fù)合材料的特殊物理性能，并簡述其結(jié)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(jié)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(dǎo)結(jié)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(dǎo)聚合物形成shish-kebab結(jié)構(gòu)的分子機理進(jìn)行了研究，研究不同條件下二維納米粒子對聚合物結(jié)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(dǎo)聚合物溶液結(jié)晶形成納米雜化shish-kebab結(jié)構(gòu)。但是隨著平板的長徑比越來越小或?qū)挾仍絹碓酱?，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(jié)構(gòu)。
第四章，總結(jié)過去，放眼未來。


關(guān)鍵詞：納米復(fù)合材料 Monte Carlo模擬 結(jié)晶 取向