PTFE/石墨烯复合材料拉伸性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了纯聚四氟乙烯(PTFE)和PTFE/石墨烯复合材料的拉伸性能.构建了纯PTFE和PTFE/石墨烯复合材料的模型,优化后再使用单轴拉伸模拟方法计算两种材料的拉伸性能,应变率设定为5×108 s-1.结果表明,加入石墨烯后,复合材料的拉伸强度下降了约16％.通过分析拉伸过程中的两种模型结构变化、...     

石墨烯/聚苯胺纳米复合材料界面相互作用的分子动力学模拟

石墨烯具有独特的二维结构和优异的力学、电学性能,将其与聚苯胺复合得到的石墨烯/聚苯胺(Gr/PANI)纳米复合材料在微波吸收、超级电容、电子器件等领域具有广泛的应用前景。为研究Gr/PANI纳米复合材料界面相互作用的微观机理,利用分子动力学方法考察了Gr/PANI体系的相互作用能、相互作用构型以及石墨烯与PANI之间的对关联函数。温度、能量演化曲线和相互作用能分析表明,Gr/PANI体系在较短的时间内达到平衡,Gr/PANI体系为热力学稳定体系。相互作用构型显示PANI分子与石墨烯之间存在较强的相互吸引作用。对关联函数分析表明,Gr/PANI纳米复合材料界面存在近程强非键相互作用,较强的界面相互作用主要源于石墨烯与PANI都具有sp²杂化的π共轭结构。     

玻纤增强聚氯乙烯界面行为的分子动力学模拟

通过分子动力学(MD)模拟,分析了聚氯乙烯(PVC)与玻璃纤维(GF)间的界面黏合行为,并从微观分子角度探讨GF增强PVC界面能量变化及其增强机理。结果表明:加入GF后,PVC非键合原子间相互吸引作用增强,原子间距减小,与GF的界面黏合较好,体系拉伸性能提高,与文献报道的实验结果接近。当GF含量过多时,非键合原子间近程排斥力增大,色散力增大,GF与PVC界面黏合力变差。     

单层氧化石墨烯溶液的拉伸性能表征

随着地质、化工、生物医学、国防航天和高分子材料加工等领域的发展,流变学的研究变得愈发的重要。为了更好的理解单层氧化石墨烯溶液的拉伸行为,本研究利用搭建的基板滴落拉伸流变仪,对单层氧化石墨烯溶液进行了性能测试。仪器搭建完成后,为了保证仪器的成功运行及其重复性测试,在多次实验中确定了仪器的合理参数。后续发现了单层氧化石墨烯溶液表现出屈服应力流体行为。与大多数屈服应力流体的拉伸行为相似,石墨烯溶液在拉伸演化过程中是符合幂律机制的。     

石墨烯基聚合物复合材料热性能的分子动力学研究

在石墨烯上采用碳氢基链接枝的化学功能化法以提高石墨烯基聚合物复合材料的热性能。其中分子动力学模拟(MD)用于确定单层石墨烯和石墨烯基聚合物纳米复合材料的导热系数。采用非平衡分子动力学(NEMD)模拟研究了石墨烯的碳链功能化对石墨烯基聚乙烯纳米复合材料界面热导的影响,探讨了接枝密度(碳氢链数)对石墨烯和纳米复合材料导热性能的影响。     

分子动力学模拟研究NR/BR力学性能和界面相互作用

运用分子动力学(MD)方法,模拟研究了天然橡胶(NR)/顺丁橡胶(BR)混合胶体的力学性能,从微观上解释了NR和BR共混后性能得到改善的原因,并通过界面结合能和径向分布函数分析揭示了混合物组分之间的相互作用的本质。结果表明,NR/BR的平均结合能为21.35kJ/mol,除去程序自行产生的能量校正值(-3.64kJ/mol),结合能在数值上近似等于非键能(17.91kJ/mol),表明NR/BR组分界面间的相互作用主要由范德华力构成。     

橡胶拉伸行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,在相同的全原子模型、聚合度及温度和压力条件下,对天然橡胶(NR)、杜仲橡胶[反式-1,4-异戊二烯橡胶(TPI)]和顺丁橡胶(BR)分子模型的拉伸行为进行模拟,研究拉伸过程中分子模型的应力-应变、能量、均方位移和均方回转半径的变化。结果表明:NR分子模型与TPI分子模型的拉伸性能基本一致,BR分子模型的应力响应较前两者更大;橡胶的拉伸性能与其分子中原子的流动性关联性很大。     

石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝拉伸性能的影响

采用直接分散法和上浆剂法分别制备了环氧树脂/碳纤维复丝,通过红外光谱、分光光度法等分析方法对处理的石墨烯的表面官能团及表面形貌进行表征,借助扫描电子显微镜对碳纤维表面进行微观形貌观察,研究了石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝界面性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功地接枝了硅烷偶联剂KH-560;接枝硅烷偶联剂KH-560的石墨烯的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于未经改性的石墨烯的复丝;上浆法制得的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于分散法制得的复丝的拉伸性能;上浆剂法制备的石墨烯改性的环氧树脂/碳纤维复丝的断裂强力比未经过改性的未上浆的复丝的提高了48.6%,拉伸强度提高了30.4%,断裂伸长率提高了90.9%。     

水汽液界面特性的平衡分子动力学模拟

采用SPC模型作为水分子动力学模拟的势能模型,以水分子内各原子作为统计对象进行统计计算,模拟得到其汽液界面特性参数的分布规律。结果表明,随着温度的升高,汽相主体密度增加,汽液界面厚度增大,液相主体密度降低,界面张力逐渐减小,液相主体区域势能的势阱深度也逐渐降低。随着模拟分子数的增加,液相主体密度增加,汽液界面厚度稍有增大。随着截断半径的增加,液相主体密度增加,汽液界面厚度变化不大。     

Influence of Curing Agents Molecular Structures on Interfacial Characteristics of Graphene/Epoxy Nanocomposites: A Molecular Dynamics Framework

This paper presents a comprehensive molecular dynamics study on the effects of the stoichiometric ratio of epoxy:hardener, hardener's linear and cyclic structure, and number of aromatic rings on the interfacial characteristics of graphene/epoxy nanocomposite. The van der Waals gap and polymer peak density as a function of the type of the hardener is calculated by analyzing the local mass density profile. Additionally, steered molecular dynamics are used to conduct normal pull-out of graphene to study the effect of the mentioned features of hardeners on the interfacial mechanical properties of nanocomposites, including traction force, separation distance, and distribution quality of reacted epoxide rings in the epoxy. Influence of the hardeners on the damage mechanism and its initiation point are also studied by analyzing the evolution of local mass density profile during the normal pull-out simulation. It is seen that stoichiometric ratio and geometrical structure of the hardeners affect the interfacial strength. It is also revealed that the hardener type can change the epoxy damage initiation point. The damage occurs in the interphase region for a higher stoichiometric ratio or cyclic structure of hardener. In comparison, for hardener's lower stoichiometric ratio and non-cyclic structure, failure begins in the epoxy near graphene layers.     

EP/GNSs复合材料的电性能研究

以KNG–180石墨烯微片(GNSs)为导电填料,双酚A型环氧树脂(EP)E–54为基体,并分别用2-乙基-4-甲基咪唑(2,4-EMI)和甲基四氢邻苯二甲酸酐(Me THPA)为固化剂,采用超声分散法制备了EP/GNSs导电复合材料。研究了不同固化剂及GNSs含量对EP/GNSs复合材料电性能的影响。结果表明,两种固化剂固化的复合材料均具有明显的导电逾渗行为和正温度系数(PTC)效应;2,4-EMI固化的复合材料的逾渗阈值为5.1%,Me THPA固化的为4.5%;Me THPA固化的复合材料具有更强的PTC效应和更低的室温电阻率,但大量实验发现Me THPA固化的复合材料电性能实验结果重复性相对较差,且易存在负温度系数效应,故仍采用2,4-EMI作为EP/GNSs导电复合材料的固化剂。随GNSs含量增加,2,4–EMI固化的复合材料室温电阻率逐渐降低,PTC强度先升高后降低,当GNSs质量分数达到8%时,复合材料的PTC强度最高,达到2.3,且经过3次热循环之后,其阻–温曲线的热循环稳定性变好。     

氧化石墨烯增强环氧树脂复合材料的制备与性能

利用二乙烯三胺在氧化石墨烯(GO)表面引入氨基基团得到改性GO,然后与环氧树脂(EP)复合,制备出GO增强EP复合材料。性能测试结果表明,该复合材料具有良好的疏水性及力学性能。复合材料的吸水率随着改性GO含量增加先降低后提高,当改性GO含量为0.2%时,吸水率最低,浸泡12 d后吸水率为0.125%,与纯EP相比降低了81.48%,当改性GO含量继续增加,由于复合材料界面局部空隙的增加,吸水率反而大幅上升。复合材料的拉伸强度、冲击强度随着改性GO含量增加先提高后降低,当改性GO含量为0.05%时,拉伸强度、冲击强度最高,分别为50.94 MPa,5.78 k J/m2,相比纯EP增加了104%和90%。综合考虑,当改性GO含量为0.05%时,复合材料的分散性能、疏水性及力学性能较优。     

聚丙烯/石墨烯复合材料性能研究进展

利用石墨烯优异的导电率、断裂强度等物理性质,可使聚丙烯(PP)/石墨烯复合材料表现出更好的力学性能以及导电性能。主要概述了PP/石墨烯复合材料的合成方法及其性能改进研究进展,并对PP/石墨烯复合材料的未来发展做了展望。     

Molecular Dynamics Study of the Behaviour of TBP-Zinc-Chloride Complex at the Chloroform/Water Interfacial System

We report molecular dynamics studies of TBP behavior at the interface. TBP, irrespective of the number particles as well as of initial orientation, adsorbs at the interface to occupy the maximum surface of this area. Polar part of the molecule is pointed towards the aqueous phase an alkyl chains are pointed to the organic phase. Some of the TBP particles are present in the organic phase as well. TBP is able to bond 3 to 4 water particles in the organic phase. We can notice the formation of the following dimers: (TBP)₂ · H₂O, (TBP · H₂O)₂, as well as the formation of “water fingers”. ZnCl₂(TBP)₂ complex also adsorbs at the interface. Polar part P?O→ZnCl₂←O?P is pointed towards water. Performed simulation show that the molecule of the complex is solvated by water particles as well. The obtained results correspond to the experimental ones.     

氧化石墨烯对新拌水泥浆体流变性的影响

随着纳米材料和技术不断发展,关于氧化石墨烯对水泥基材料改性作用的相关研究越来越受到重视.在此背景下,通过Anton Paar Rheolab QC型旋转黏度计研究了氧化石墨烯对新拌水泥浆体流变性的影响,并测试了浆体静态屈服应力、动态屈服应力和黏度系数以及触变环面积.结果表明:相同氧化石墨烯掺量下,随浆体静置时间延长,低...     

超高相对分子质量聚乙烯/石墨烯微片复合材料的导电行为研究

采用溶液混合、超声波分散的方法制备了超高相对分子质量聚乙烯（PE UHMW）/石墨烯微片（GNPs）复合材料,研究了PE UHMW/GNPs复合材料的导电行为和阻温特性。结果表明,本方法可以使GNPs在PE UHMW基体中良好地分散;复合材料表现出典型的导电渗流行为,渗流阈值为2.8 %（质量分数,下同）;在高于渗流阈值的情况下,PE UHMW/GNPs复合材料的正温度系数效应（PTC）强度随GNPs含量的增加而减小,在渗流阈值附近复合材料的PTC强度最高;PE UHMW/GNPs复合材料的阻温特性重复性较好,多次热循环后PTC强度趋于稳定。     

湿度对水化硅酸钙力学性能影响的分子动力学模拟

水化硅酸钙(C-S-H)是水泥水化产物中最重要的组成成分,是水泥基材料的主要胶凝相。C-S-H层间水对其纳米结构和力学性能会产生显著影响。利用分子动力学研究了不同湿度C-S-H在结构和力学性能方面的差异。通过原子径向分布函数和浓度分布、弹性常数以及应力应变关系分析了湿度对C-S-H结构和弹性性质以及拉伸、压缩、剪切力学性能和变形性能的影响。结果表明:湿度增加会导致C-S-H中Si、Ca原子近程范围内的O原子集聚增多,还会导致C-S-H层间距离增大,分层更加明显,同时会降低C-S-H的弹性性质;湿度的增加会降低C-S-H拉伸、压缩、剪切力学性能和变形性能;湿度对抗拉与抗剪强度影响较大,对抗压强度影响较小,对拉伸时的变形性能影响最大,对压缩时的变形性能影响最小。