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碳纳米管与石墨诱导烷烃分子结晶的分子动力学研究

杨俊升  杨传路  王美山  陈保栋  马晓光  
【摘要】:聚合物的结晶过程控制着整个聚合物材料的晶体特性。如果想设计比较理想的聚合物材料,就必须对聚合物的结晶机理有深入的了解。分子动力学方法作为一种有效的手段可以分析实验上观察不到的结果,为实验提供可靠的的理论依据。本文通过分子动力学的方法研究了碳纳米管与石墨诱导烷烃分子的结晶,主要研究内容包括烷烃分子的原子分布、键取向参数以及扩散特性。整个的动力学过程都是应用Materials studio软件中的discover模块完成的。碳纳米管与石墨属于两种不同维度的纳米粒子,恰好为我们提供了机会研究不同维度的纳米粒子对于高分子结晶的影响。通过对分子键取向参数随时间的演化分析,结果显示高分子在一维的碳纳米管表面的结晶速率明显比二维的石墨表面的结晶速率快。碳纳米管与石墨最主要的差别就是他们的表面构象。通过烷烃分子在这两种表面的构象分析,得出它们遵循不同的结晶规律。这个结果在分子层面上恰好证实了实验上观察的结果[Lj et al.,J.Am.Chem.Soc.128,1692(2006)和Xu et a1.,Macromolecules,43,5000(2010)]。通过扩散特性分析我们得出,高分子链在石墨的表面明显要比在碳纳米管表面扩散的快,这与碳纳米管与石墨的表面构象有很大的关系。本文的结果还显示了高分子在纳米粒子表面吸附与取向是一个高度协作的过程。因此,分子动力学的结果为表面诱导高分子结晶在实验上提供了一个清晰的物理图像,同时也为高分子纳米复合材料的进一步发展提供了理论依据。

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