碳纳米管和石墨烯诱导聚乙烯链取向的分子动力学模拟

摘要

近年来碳纳米管、石墨烯聚合物复合材料的研究引起了越来越广泛的关注。目前很多国内外课题组已经利用理论和实验的方法对碳纳米管、石墨烯聚合物复合材料,尤其是碳纳米管和石墨烯作为增强体起到对复合材料的光学、力学、热学等性能的改善作用进行了大量的研究。而且从有关的实验研究表明,它们少量的添加就可以大大改善复合材料的综合性能。同样它们与聚合物间的结合方式及粘附作用对复合材料的机械性能有重要的影响。目前对于它们与聚合物间形成的界面作用及形式在实验中很难观察到,所以利用分子力学和分子动力学来模拟研究已经越来越受到重视。
　　 我们主要应用了Materials Studio5.0软件和自编的一些程序,利用经典分子动力学模拟方法,对不同类型的碳纳米管分别诱导含有600个C原子的单链烷烃分子链在300K和500K的温度分别进行了模拟研究,通过比较不同类型碳纳米管聚合物复合体系的扩散系数、结合能、取向度的大小,表明在碳纳米管直径基本相同的情况下,具有半导体性质的(17,0)碳纳米管和金属性碳纳米管(10,10)聚合物复合材料比具有半金属性(13,7)有更好的热稳定性,且半导体碳纳米管(17,0)对聚合物取向诱导能力最好。
　　 利用分子动力学模拟在450K的温度下,研究了碳纳米管和石墨烯分别对100条分子链,每条分子链含有20个C原子的短链聚乙烯的取向诱导情况进行研究,研究表明,具有卷曲管状结构的碳纳米管比具有平面结构的石墨烯有更好的取向诱导能力。