石墨烯季戊四醇相变复合材料导热性能的分子动力学研究

低导热是限制储能材料实际应用的一大缺点,具有极高导热系数的石墨烯可作为导热填料有效改善储能材料的导热性能。本文通过反向非平衡分子动力学的方法,借助Materials Studio软件,模拟研究了石墨烯(GE)质量分数为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%的石墨烯/季戊四醇(GE/PE)固-固相变复合材料的导热性能和内部相互作用。结果表明:石墨烯的添加可有效提升季戊四醇的导热性能,随着GE质量分数的增加,GE/PE复合相变材料的导热率、界面热导以及相互作用能均逐渐增大,且趋势幅度相一致,材料整体导热系数的增加归因于石墨烯结构的变化。本文可为石墨烯改善季戊四醇导热性的实验研究提供指导。     

丁苯橡胶气相热解产物反应机理的动力学计算与模型

为了更深入地了解废旧橡胶热解机理,运用分子动力学的方法,对应用广泛的丁苯橡胶的热解过程进行了模拟,并结合模拟结果和密度泛函数对其气相产物的反应路径进行推测计算。模拟结果表明:热解过程主要分为两个阶段,第一个阶段,主要发生丁苯橡胶链断裂形成短链和单体,第二阶段主要发生单体进一步生成气体。在第一个阶段,主要产物为1,3-丁二烯,还有部分苯乙烯,反应为放热反应,其中苯乙烯的形成不利于1,3-丁二烯后续生成H_2、■的热解反应;在第二阶段,1,3-丁二烯热解的主要气相产物为■,中间C—H键上的H原子更容易被夺去;苯乙烯热解的主要气相产物为H_2,乙烯基与苯基结合处的H原子最容易被夺去。此外,还会产生■等气体。这将为废旧橡胶热解得到特定的气相产物提供理论依据。     

丁苯橡胶热解过程的分子动力学研究

为研究丁苯橡胶热解过程的微观变化及升温速率、苯的质量分数对热解过程的影响,本文基于ReaxFF力场,建立了周期性边界条件,在正则系综下,运用Materials Studio软件对聚合度为21的丁苯橡胶模型的热解过程进行分子动力学模拟。模拟结果表明,丁苯橡胶的热解过程分为初步热解阶段和快速热解阶段两个阶段,快速热解阶段是主要的热解阶段。升温速率越大,热解的起始温度越高,且升高相同温度的热解程度越低,苯质量分数越高,丁苯橡胶的起始热解温度越高。该研究的模拟结果与之前的实验基本符合,证实了分子动力学模拟在丁苯橡胶热解研究上的可行性。     

石墨烯填充对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响

为研究同一制备方法下石墨烯质量分数对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响,通过熔融共混法制备了石墨烯/聚酰胺(GE/PA6)、石墨烯/聚丙烯(GE/PP)、石墨烯/高密度聚乙烯(GE/HDPE)3种聚合物复合材料。结果表明,石墨烯能有效提高3种聚合物导热性能,当填充石墨烯质量分数达到10%时,PA6导热系数从0.32 W/(m·K)提升至1.30 W/(m·K);GE/PP导热系数从0.37 W/(m·K)提升至1.15 W/(m·K)、GE/HDPE导热系数从0.62 W/(m·K)提升至1.13 W/(m·K)。对制备的石墨烯聚合物复合材料进行热重分析。将纯聚合物与石墨烯质量分数1%,5%,10%的石墨烯聚合物复合材料对比,PA6的热稳定性逐渐提升,PP、HDPE的热稳定性先降低后升高。     

基于分子动力学模拟的轮胎橡胶气相热解产物反应机理

运用分子动力学的方法,对轮胎橡胶的热解过程进行了模拟,并结合模拟结果和密度泛函数对其气相产物的反应路径进行推测计算。模拟结果表明,热解过程主要分为两个阶段,低温热解阶段发生的主要反应是橡胶长链断裂形成单体,主要产物为异戊二烯、苯乙烯和1,3-丁二烯;高温热解阶段发生的主要反应是单体进一步生成小分子气体,产物中CH₄、H₂、C₂H₄占大部分,还有少量C₂H₆、C₃H₆。其中CH₃·攻击异戊二烯和苯乙烯单体夺取特定位置的H·是生成CH₄的最优路径,H·攻击苯乙烯单体夺取特定位置的H·是生成H₂的最优路径,CH₂CH·攻击1,3-丁二烯单体夺取特定位置的H·是生成CH₂CH₂的最优路径。本文还将热解产物分别跟天然橡胶单独热解和天然橡胶与丁苯橡胶共热解的热解产物做对比,为废旧轮胎橡胶热解得到特定的气相产物和催化热解提供理论依据。