活性聚合物熱力學行為的分子動力學研究.pdf

1、智能材料能夠感知外部刺激，并作出準確判斷，繼而執(zhí)行相應響應，因此被看作是現(xiàn)代高技術新材料發(fā)展的重要方向之一。而活性聚合物作為智能材料的重要組成部分，現(xiàn)在也成為科研工作者的研究熱點。從微觀角度了解材料的物理特性和力學行為，對活性聚合物的設計和應用是至關重要的。近年來，分子動力學方法成為理論研究和實驗研究的有力補充，也成為在分子尺度上通過材料內(nèi)部構(gòu)型的演化來探究材料性質(zhì)和變形機制的重要工具。本文選擇了兩種目前被廣泛研究的活性聚合物——形狀記

2、憶聚合物和共價鍵自適應網(wǎng)絡聚合物進行研究。這兩種材料雖然在理論和實驗層面都已被廣泛探討，但對其微觀變形機理的認識還十分有限。本文利用已經(jīng)發(fā)展成熟的分子動力學方法從分子尺度對其物理特征和力學行為進行了探究和討論，并與相應的理論結(jié)果進行了比較。主要研究工作及取得的進展如下:
　　1.建立了三種不同環(huán)氧樹脂/固化劑組分的形狀記憶聚合物試樣，利用分子動力學方法計算了其力學性質(zhì)和形狀記憶特性。得到了三種試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和不同溫度下的應力

3、應變曲線，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了比較。另外，通過模擬熱力學循環(huán)過程，三種試樣在低溫和高溫時分別表現(xiàn)出了很好的形狀固定和形狀回復效應。并且，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂和固化劑的比例對形狀回復時間有很大影響。
　　2.利用分子動力學方法模擬了共價鍵自適應網(wǎng)絡聚合物中的鍵交換反應。提出了一套模擬鍵交換反應算法，并可以應用于模擬DGEBA和三羧酸的交聯(lián)過程。追蹤了活性原子的運動路徑和在交聯(lián)網(wǎng)絡中的演化過程。而且計算了一些交聯(lián)網(wǎng)絡在鍵交換反應過

4、程中的性質(zhì)，例如:相鄰交聯(lián)點間的距離、分子鏈角和彈性模量，給出了體系在演化過程中結(jié)構(gòu)微觀細節(jié)的變化。本文模擬得到了體系在鍵交換反應過程中的應力釋放特性，結(jié)果表明:一些交聯(lián)網(wǎng)絡的性質(zhì)，例如相鄰交聯(lián)點間的距離、分子鏈角會在鍵交換反應導致的應力釋放過程中回到變形前的各向同性狀態(tài)。最后，將擴散系數(shù)的模擬結(jié)果與理論結(jié)果進行了比較，二者具有很好的一致性。
　　3.利用分子動力學方法模擬了鍵交換反應導致的共價鍵自適應網(wǎng)絡聚合物的界面粘合行為。首