介观动力学模拟嵌段聚合物:形貌与动力学

用介观动力学方法对聚氧丙烯-聚氧乙烯(PPO-PEO)类嵌段聚合物溶液进行模拟研究,由该方法可直接得到聚合物水溶液体系的三维不规则介观形貌与动力学演变过程。该文讨论聚合物溶液浓度及嵌段聚合物组成等因素对溶液介观形貌和体系性质的影响,聚合物溶液体系的动力学演变过程以及相互作用参数和聚合物组成对其影响。研究结果表明:随着溶液浓度、疏水组分的减少,体系的介观形貌逐渐从凝胶向胶束状态过渡;聚合物水溶液介观形貌的形成可分为两个阶段:溶液体系很快形成凝胶或胶束形貌并在此后相对较长的时段内形貌发生微变,使体系能量不断降低,趋向平衡状态;聚合物PPO组分的增多或相互作用参数的增加,疏水核越容易形成,介观相分离越快。     

介观动力学模拟嵌段聚合物:形貌与动力学

用介观动力学方法对聚氧丙烯-聚氧乙烯(PPO-PEO)类嵌段聚合物溶液进行了模拟研究,由该方法可直接得到聚合物水溶液体系的三维不规则介观形貌与动力学演变过程。该文讨论了聚合物溶液浓度及嵌段聚合物组成等因素对溶液介观形貌和体系性质的影响,讨论了聚合物溶液体系的动力学演变过程以及相互作用参数和聚合物组成对其影响。研究结果表明,随着溶液浓度、疏水组分的减少,体系的介观形貌逐渐从凝胶向胶束状态过渡;聚合物水溶液介观形貌的形成可分为两个阶段:溶液体系很快形成凝胶或胶束形貌并在此后相对较长的时段内形貌发生微变,使体系能量不断降低,趋向平衡状态;聚合物PPO组分的增多或相互作用参数的增加,疏水核越容易形成,介观相分离越快。     

DPD方法模拟嵌段共聚物PP-g-PA6对PP/PA6共混相容性的影响

应用耗散粒子动力学（DPD）模拟方法研究不同共混比PP/PA6的介观相貌及动力学演变过程。加入适量PP-g-PA6后比较研究PP-g-PA6作为相容剂对PP/PA6在不同混合比下相形态的影响,发现在一定混合比下加入少量PP-g-PA6能改变PP/PA6的介观形貌。此外,为研究不同添加量PP-g-PA6对PP/PA6相容性的影响,相对PP和PA6总量分别为2%,4%,6%,8%和10%的PP-g-PA6被加入到90PP/10PA6体系中。结果发现少量的PP-g-PA6能降低共混体系界面张力,提高共混相容性,但是过量的PP-g-PA6会使得体系PA6发生相溶胀从而使体系界面张力变大,不利于体系相相容。     

端羟基聚醚/增塑剂共混体系混溶性的介观动力学模拟

采用介观动力学(Meso Dyn)模拟方法对比研究了己二酸二辛酯(DOA)和磷酸二苯-辛酯(DPO)与端羟基聚醚(HTPE)共混体系的介观形貌和有序度参数,用实验对比研究了2种HTPE/增塑剂共混体系的混溶性。结果表明,与DOA相比,DPO与HTPE的混溶性更好,且混溶性实验结果与介观动力学模拟结果一致性较好。随着增塑剂比例的增加,DOA与HTPE的混溶性先变差后变好,DPO与HTPE的混溶性逐渐变差,但两种共混体系均没有产生相分离现象。     

耗散粒子动力学方法模拟嵌段共聚物PP-g-PA6对PP/PA6共混相容性的影响

应用耗散粒子动力学(DPD)模拟方法研究不同共混比PP/PA6的介观相貌及动力学演变过程。加入适量PP-g-PA6后比较研究PP-g-PA6作为相容剂对PP/PA6在不同混合比下相形态的影响。发现在一定混合比下加入少量PP-g-PA6能改变PP/PA6的介观形貌。此外,为研究不同添加量PP-g-PA6对PP/PA6相容性的影响,相对PP和PA6总量分别为2%,4%,6%,8%和10%的PP-g-PA6被加入到90PP/10PA6体系中。结果发现少量的PP-g-PA6能降低共混体系界面张力,提高共混相容性,但是过量的PP-g-PA6会使得体系PA6发生相溶胀从而使体系界面张力变大,不利于体系相相容。     

纳米粒子介电泳的分子动力学模拟

为研究微流体环境下纳米粒子的介电泳现象并分析其介电泳特性,采用非平衡态分子动力学方法对纳米胶体粒子及其周围溶剂粒子进行建模.介电泳模拟之前,通过对系统能量和温度的趋衡过程进行模拟,使纳米胶体所处的微流体系统达到稳定状态,并得出系统能量以及温度变化过程的趋衡图.对纳米胶体模型施加非均匀电场,使胶体电偶极化.变化非均匀电场强度,研究胶体模型失效的一般规律.发现随着非均匀电场强度的增加,小离子有不断脱离大离子表面的趋势,胶体模型失效的临界电场强度参数为Eo=15s/(eó).此外,对不同极性的纳米胶体的介电泳现象进行模拟,发现在正介电泳情况下,胶体的电偶极距不断增大,且电偶极距大的胶体有较大的介电泳速度和位移.     

复杂物系的介观结构和DPD模拟

耗散粒子动力学(DPD)模拟方法是研究复杂物系介观结构的一种重要手段。首先简要介绍了DPD模拟方法。然后介绍了实际物系与DPD模型映射的2种方法,即Groot和Warren方法以及Pagonabarraga和Frenkel方法。最后对DPD模拟的理论和应用研究进展作了回顾。     

介观尺度微型铣床动力学性能试验

在分析微细铣削成形条件和加工要求的基础上.开发了一套微型铣床系统.研究了机床主轴激励、频响函数及其振动性能,并通过增加阻尼和改变支撑部件刚度等方法探讨了提高系统动力学性能的方法,大大减小了机床系统的振动.通过对具有复杂介观尺度特征的零件加工,表明了采用微型机床开展介观尺度铣削的加工精度和加工能力.     

弹性体纳米复合材料力学行为的连续介观模拟

结合介观动力学方法和弹簧格子模型,研究了基于软-硬两种嵌段的嵌段共聚物纳米复合体系的力学行为,结果显示软、硬组分之间的应力传递与结构密切相关,而纳米颗粒的加入会改变其应力分布,并且纳米粒子的选择性分布对体系的力学响应有重要作用。在海岛结构中,纳米颗粒分布在硬组分分散相可以在提升体系硬度的同时保持体系的高延展性。该连续模拟方法为寻找具有合适力学性能的弹性体纳米复合材料提供了指导。     

耗散粒子动力学的发展与应用简述

耗散粒子动力学作为一种介观尺度的模拟方法已经形成了自己的体系,由于在模拟复杂流体方面的优势,一直受到国内外学者的关注,因此简述耗散粒子动力学的发展与应用是有一定必要性的,文章首先介绍耗散粒子动力学（dissipative paticle dynamics,DPD）的发展以及耗散粒子动力学的提出、理论模型、积分方法等,接着简述耗散粒子动力学在各领域的应用.最后总结DPD的发展与应用概况.     

氯化胆碱类低共熔溶剂结构与性质的分子动力学研究

低共熔溶剂是一种类离子液体的绿色溶剂,具有低饱和蒸汽压、低熔点、无毒、可降解以及价格廉价等优势,被广泛应用于科学研究和工程应用.其理化性质,如密度、黏度以及晶格结构等是开发具有特定功能溶剂及其应用的基础.本文采用分子动力学模拟的方法,利用GAFF力场计算了氯化胆碱类低共熔溶剂在293.15～353.15 K下的密度和黏度,与文献实验值的平均绝对偏差分别为0.30%和6.19%,显示出较好的一致性.同时在分子水平上,本文利用径向分布函数分析了不同体系内的结构分布以及氢键网络的形成,发现了低共熔溶剂中存在的大量氢键网络主要由Cl原子和羟基上的H原子相互作用形成的.且它们间的相互作用随着温度的升高而减弱,随着氢键供体烷基链长度的增加而增强.本文工作有助于进一步研究低共熔溶剂的组成、结构与其物理性质间的作用机制.     

经激光束处理的金属Fe的分子动力学研究

采用分子动力学和EAM势函数,建立了金属Fe固液两相模型,实现了液态金属Fe在两种不同冷却速率下的凝固过程,用以模拟激光束对金属Fe的处理。通过原子势能、径向分布函数、共同近邻分析和原子构型演化等计算方法,研究了体系演化过程和终态结构特性,得到了在冷却速率为2 K/ps和5 K/ps时固液分界面稳定传播速度分别为1.74 m/(s·K)和0.89m/(s·K);在终态时由于无序原子的存在,原固液分界面处存在能量起伏,同时在原液态部分发现了高能态的原子团簇,为研究经激光束处理后的金属Fe的力学性能提供了微观结构基础。     

HNS/EP 35 PBXs力学性能的分子动力学模拟

本文应用分子动力学(MD)模拟方法, 研究耐热炸药六硝基茋(HNS)与常用高聚物粘结剂三元乙丙橡胶(EP 35型)所构成的HNS/EP 35高聚物粘结炸药(PBXs)的力学性能随温度和高聚物浓度而变化的规律. 结果表明, 添加高聚物于主体炸药中, 拉伸模量和剪切模量减小, 表明刚性减小, 弹性增大; 为考察温度对力学性能的影响及机理, 在298K~550K范围完成对HNS/EP 35 PBX的MD模拟. 力学分析表明, 随温度增加HNS/EP 35的弹性模量呈抛物线变化规律, 归因于EP 35分子链的运动及其构象随温度的变化.     

单晶硅纳米级压痕过程分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅纳米级压痕过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级压痕过程的瞬间原子位置、作用力和势能等变化,解释了压痕过程.研究表明:磨粒逐渐向单晶硅片的逼进和压入,使得磨粒下方的硅晶格在磨粒的作用下发生了剪切挤压变形,磨粒作用产生的能量以晶格应变能的形式贮存在单晶硅的晶格中(即硅原子间势能),因此硅原子间势能随着力的增加而不断增加,当超过一定值且不足以形成位错时,硅的原子键就会断裂,形成非晶层,堆积在金刚石磨粒的下方.当磨粒逐渐离开单晶硅片时,非晶层原子进行重构,释放部分能量,从而达到新的平衡状态.     

吸附诱导表面应力的分子动力学模拟

应用分子动力学方法结合镶嵌原子势,模拟研究了同质吸附Cu/Cu(100)和异质吸附Al/Ni(100)纳米薄膜中的吸附诱导表面应力.结果表明吸附原子对表面应力的影响主要源于两种原子间的相互作用;吸附原子和底物表面原子的结合将导致底物表面原子之间的化学键的强度减弱和平衡键长增加,从而导致表面压应力增加;吸附原子之间的相互作用也导致表面应力的变化,吸附原子间的吸引作用导致表面拉应力,而排斥作用导致表面压应力.这两种原子间相互作用所引起的表面应力与吸附原子的密度密切相关,吸附原子与底物表面原子的结合所引起的表面应力的大小与吸附原子的密度成线性关系,而吸附原子间的相互作用所引起的表面应力与吸附原子密度间呈非单调的依赖关系.     

水溶液中石墨烯剥离的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟方法研究柔性石墨烯在水溶液中剥离的热力学机制。为了表征石墨烯与水溶剂之间的相互作用,研究了石墨烯周围水溶剂的结构性质;通过施加外力的方法剥离石墨模型中最外层的石墨烯,计算剥离过程中体系自由能的变化,并对剥离过程中微观结构变化以及石墨烯周围水溶剂结构性质进行分析。结果表明:石墨烯与水之间的相互作用较小;剥离石墨烯需要克服一定的能垒;石墨烯之间的相互作用决定了自由能能垒的大小,溶剂诱导的贡献对剥离起到促进作用;受限区域内的水溶剂分子对剥离起到重要的作用。     

Molecular dynamics simulation of microcrack healing in aluminium

The molecular dynamics method is used to simulate microcrack healing during heating or under compressive stress. A center microcrack in an Al crystal could be sealed under a critical compressive stress or by heating it over a critical temperature. During microcrack healing, dislocation and vacancy are generated and moved, and sometimes twin appears. The critical temperature necessary for microcrack healing depends upon the orientation of the crack plane. For example, the critical temperature of the crack along the ( 111 ) plane is the lowest. When there are pre-existing dislocations around the microcrack, the critical temperature necessary for microcrack healing will decrease. The energy condition for crack healing is б2π a ( 1-v2 ) / E + UT/ A ≥ 2 γ + γp, where б is the applied compressive stress, a the length of the crack, γ the Poisson' s ratio, E the Young' s modulus, UT heat energy driving crack healing, A the area of the crack, γ the surface energy, and γp the plastic deformation work. Pre-existing dislocations can reduce γp.