分子动力学模拟研究单壁碳纳米管和聚合物相互作用

碳纳米管(carbon nanotube)自1991年被S Iijima发现以来,因其具有独特的结构和优异的力学性能而被视为理想的高强度纤维材料,常用作填料添加到聚合物基体中来制作超强复合材料.碳纳米管与聚合物间的界面结合问题是影响复合材料的机械性能的一个非常重要的问题.大量研究表明,较大的界面结合能和聚合物在碳纳米管表面有序缠绕的构象(形态)对提高复合材料的机械性能非常重要.然而在对此界面结合问题的研究中聚合物单体间的键接方式和链段的构象因素尚没有被考虑,因此本文的研究重点考虑这两个因素.论文首先构建了(10,10)单壁碳纳米管模型.接着选择了五种聚合物:聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚苯乙炔和聚对苯乙炔,对每种聚合物,构建了许多具有不同键接方式和构象的典型结构模型.最后把每个具有不同键接方式和不同构象的聚合物模型和碳纳米管模型组成模拟系统.并对每个系统进行足够长时间的分子动力学模拟,计算出各个聚合物和碳纳米管的相互作用能曲线,对于聚苯乙炔和聚对苯乙炔还计算了界面结合能,结合观察相互作用图像来进行所有的研究.对模拟和计算结果的分析显示在400K时就聚合物在单壁碳纳米管表面的吸附形态而言,聚乙烯倾向于取伸展的形态...