納米氫氧化鎂晶體微觀結構及分子模擬研究

《納米氫氧化鎂晶體微觀結構及分子模擬研究》是依託深圳大學，由袁秋華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米氫氧化鎂晶體微觀結構及分子模擬研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：袁秋華
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

納米氫氧化鎂作為一種新型無機填充型阻燃劑由於性能優異而得到較快發展。然而其合成過程中存在團聚等缺點，降低了它的使用性能。本項目採用分子動力學和Monte Carlo模擬以及數值分析方法，結合PAT，XRD，DTA、SEM，SAXS等現代分析測試手段，系統研究不同製備條件下氫氧化鎂晶體的微觀結構、缺陷性質和表面能，認識氫氧化鎂晶體微觀結構變化過程，明確納米氫氧化鎂晶體組成、製備、結構和性能之間的關係。建立界面的分形模型，揭示分形維數與材料性能的規律。建立其晶體生長微觀動力學模型，為研究納米氫氧化鎂晶體的團聚機理和微觀性質，界面性能的改善，製備條件的選擇，提供科學依據，促進納米氫氧化鎂技術的發展。

結題摘要

本項目通過氣體擴散反應，分別採用自組裝單分子膜誘導法、無模板法和乙二胺改性工藝製備了具有3D球狀多級結構的氫氧化鎂以及呈垂直排列和單分散性的氫氧化鎂薄片，利用X射線衍射、透射電鏡、場發射掃描電鏡、熱重－差熱分析、傅立葉變換紅外光譜等各種現代分析測試技術結合分子動力學（MD）模擬和第一性原理研究了氫氧化鎂的形成過程、形貌、微觀結構、熱分解過程、缺陷性質以及界面性能等。無論是自組裝單分子膜誘導法製備的多級結構的氫氧化鎂，還是無模板法合成的垂直排列氫氧化鎂薄片，其生長均是成核－生長－組裝過程，反應過程中液體－晶體和液－氣界面的自由能作用使納米薄片趨向於垂直排列，形貌也從二維緊湊型演變成三維花狀超結構。對於乙二胺改性工藝製備的單分散性氫氧化鎂薄片，其形貌和分散性可通過初始Mg2+離子濃度控制。通過分子動力學模擬和第一性原理計算，解釋了氫氧化鎂具有高效阻燃的特性，控制氫氧化鎂外層原子分布及生長方向，有利於高分子材料複合，改善其力學性能。利用監控溶液電導率的方法，研究了氫氧化鎂在低濃度溶液中的結晶動力學過程，在低濃度體系下，初始階段發生均相成核過程，易形成粒徑分布均勻的晶核，晶核的形成和晶粒長大速率方程符合一級反應速率方程，溫度對比表面Gibbs函式、晶核形成速率和晶粒長大速率等動力學參數有顯著的影響。這些研究工作對氫氧化鎂的粒徑和形態控制具有重要的科學指導意義。