高分子-顆粒納米復(fù)合材料的建模和計(jì)算.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,科學(xué)計(jì)算已經(jīng)成為數(shù)學(xué)和其他學(xué)科領(lǐng)域聯(lián)系的重要橋梁。由于研究課題日益復(fù)雜,計(jì)算數(shù)學(xué)要進(jìn)行人量交叉學(xué)科的研究。而材料科學(xué)恰恰是這樣一個(gè)涉足工程和科研有著廣泛應(yīng)用的熱門交叉學(xué)科。21世紀(jì),打開了新的材料科技之門,與其致力于尋找、理解并嘗試應(yīng)用新的特殊材料,大家更關(guān)注如何優(yōu)化組合材料,充分發(fā)揮它們的協(xié)同作用,進(jìn)而模糊單一材料和不同材料混合而成的功能性材料之間的區(qū)別。而納米科技的發(fā)展無疑為此提供了獨(dú)一無二的契機(jī)。由柔性高分子

2、分子和桿狀、盤狀或向列液品高分子組成的混合物由于它潛在的高模量和硬度及顯著的物理、生物和熱學(xué)特性在工業(yè)和軍事上有著廣泛應(yīng)用。其中高分子分散液品和高分子穩(wěn)定的小分子液晶已經(jīng)被用于諸如液晶顯示器,光敏開關(guān)、防護(hù)眼鏡之類的光電設(shè)備。高分子-顆粒納米復(fù)合材料中所謂的顆粒包括粘土、金屬,碳納米管等。這一類納米復(fù)合材料因其高性能、多用途有著巨大的應(yīng)用前景,并在過去的20年里掀起了研究的熱潮。和傳統(tǒng)復(fù)合材料相比,這些顆粒填充物形成了某種介觀結(jié)構(gòu),并因

3、其納米級(jí)別的尺度深刻影響了最后合成材料的宏觀性質(zhì)。所以我們可以通過理解它們?cè)诩庸み^程中的介觀動(dòng)力學(xué)性質(zhì),介觀形態(tài)學(xué)的發(fā)展和演化及一系列流變學(xué)性質(zhì)來展開研究。但是目前關(guān)于高分子-顆粒納米復(fù)合物的理論研究還是一片空白。大多數(shù)關(guān)于高分子混合物的研究都還僅是聚焦熱動(dòng)力學(xué)相。十年前Liu和Fredrick son發(fā)展了一套平均場(chǎng)熱動(dòng)力學(xué)理論來研究高分了混合物動(dòng)力學(xué)中的相分離,僅關(guān)注低頻長(zhǎng)波的情況。Muratov和E發(fā)展了對(duì)不可壓柔性高分子和桿狀液

4、晶高分子混合物的動(dòng)力學(xué)理論。但這兩套理論都忽略了柔性高分子的構(gòu)象。幾年前,Forest和Wang將高分子鏈的構(gòu)象動(dòng)力學(xué)納入考慮,發(fā)展了剛性類球大分子半稀分布于高分子溶液中的動(dòng)力學(xué)理論。最近將其拓展,同時(shí)考慮柔性高分子和半柔性納米顆粒的局部構(gòu)象動(dòng)力學(xué)。
　　 本研究建立了高分子-顆粒納米復(fù)合材料的動(dòng)力學(xué)模型,并創(chuàng)新引入了高分子和納米顆粒間的表面相互作用,分別用弱半柔性條件下的張量逼近模型和直接數(shù)值求解Smoluchowski的方法