《聚合物納米複合材料結晶行為的分子模擬研究》是依託江蘇大學，由聶儀晶擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：聚合物納米複合材料結晶行為的分子模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：聶儀晶
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
理解聚合物納米複合材料的結晶成核及生長機理是聯繫可結晶聚合物結構與性能的必經途徑，然而納米粒子誘導聚合物結晶過程發生變化的規律和機理仍未清楚，限制了新型高性能化聚合物納米複合材料的開發和套用。本項目利用分子模擬方法從分子尺度直接觀察不同條件下聚合物納米複合材料的結晶過程，包括不同維度、表面改性及含量的納米粒子，不同化學結構的聚合物及外加力場（拉伸和剪下）對材料結晶機理的影響。使用Monte Carlo模擬方法研究粗粒化的聚合物納米複合材料的結晶過程，揭示體系具有的普遍性的基本結晶機理，即揭示結晶機理的共性；利用分子動力學模擬方法研究包含分子鏈和納米粒子化學結構細節的聚合物納米複合材料的結晶行為，即揭示特定材料結晶機理的個性。在此基礎上，揭示聚合物納米複合材料的增強機理，建立起微觀晶體結構與巨觀物理性能之間的聯繫橋樑，為新型高性能化的聚合物納米複合材料的開發提供新思路。
結題摘要
納米粒子的加入會引起聚合物材料結晶行為的改變，從而顯著影響其物理性能。因此理解和掌握納米粒子對聚合物結晶的影響機理是實現複合材料高性能化以及製備性能可控材料的基礎。我們利用動態Monte Carlo模擬方法對聚合物納米複合材料的結晶行為進行深入研究。我們模擬了靜態條件下一維納米粒子在溶液中誘導聚合物結晶的過程，發現了在結晶之前存在一維納米粒子對聚合物分子鏈的各向異性吸附機理；在含有多根平行排列的一維納米粒子體系中，發現平行排列的納米粒子會對內部的分子鏈產生限制效應，使其沿著納米粒子的長軸方向的取向度更高，更早地在填料網路內部發生異相成核，最終形成含有多個shish的納米雜化串晶結構；我們研究了二維納米粒子接枝聚合物的結晶行為，發現接枝密度、界面相互作用等因素會直接影響接枝聚合物的結晶速度、成核機理、晶體取向等；將分子鏈的兩個端基均接枝到二維納米粒子表面得到取向的環狀接枝分子鏈束，可以用於在溶液中誘導聚合物結晶形成取向一致的片晶結構，即可以實現晶體取向的控制；納米粒子的維度也會對聚合物結晶產生影響，一維納米粒子誘導聚合物結晶的能力最強，而各向同性的零維納米粒子誘導聚合物結晶的能力最弱，不同維度的納米粒子所誘導的聚合物晶體的取向也不一樣；在一維納米粒子與分子鏈取向對聚合物結晶影響的研究中，發現只有在適當的聚合物-填料相互作用，適中的納米粒子間距和適量的納米粒子的情況下，分子鏈取向與納米粒子才會對聚合物結晶產生協同效應；對於聚合物納米複合材料的拉伸誘導結晶，納米粒子或納米粒子網路會對界面處聚合物分子鏈構象產生限制，使其具有更小的構象熵，從而首先發生結晶。以上發現有助於從理論上指導在實際過程中調控複合材料的晶體結構，建立起微觀晶體結構與巨觀物理性能之間的聯繫橋樑。
