低聚物和單壁碳納米管相互作用的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、本文使用基于COMPASS力場(chǎng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了五種低聚物和單壁碳納米管的相互作用，在原子和分子的層次上來(lái)考察均聚物單體間的鍵接方式和鏈段的構(gòu)象對(duì)聚合物與單壁碳納米管之間物理吸附影響。 本文首先簡(jiǎn)要地介紹了碳納米管與聚合物的基礎(chǔ)知識(shí)和近年來(lái)碳納米管聚合物超強(qiáng)復(fù)合材料研究領(lǐng)域的一些重要研究成果和進(jìn)展，并提出本文的研究?jī)?nèi)容以及目的和意義。其次闡述了系綜理論和Nose-Hoover等溫分子動(dòng)力學(xué)方法以及分子動(dòng)力學(xué)模擬的基本理論

2、，接著介紹了力場(chǎng)方法和COMPASS力場(chǎng)。再次，闡述了單壁碳納米管與低聚物相互作用體系的構(gòu)建和分子動(dòng)力學(xué)模擬的實(shí)施細(xì)節(jié)，并較詳細(xì)地給出各個(gè)體系的模擬結(jié)果和分析討論。最后，給出研究總結(jié)以及工作展望。 本文給出了五種低聚物和(10，10)單壁碳納米管相互作用體系在400K時(shí)的相互作用能曲線、界面結(jié)合能以及相互作用圖片，并對(duì)這些模擬結(jié)果作了較詳細(xì)的分析。我們認(rèn)為，在400K時(shí)就低聚物在單壁碳納米管表面的吸附形態(tài)而言，聚乙烯傾向于取伸展

3、的形態(tài)，聚丙烯和聚苯乙烯傾向于取蜷曲的形態(tài)；所有的聚對(duì)苯乙炔和除某些特殊構(gòu)象外的所有聚苯乙炔都傾向于取螺旋纏繞的形態(tài)。其中聚對(duì)苯乙炔的纏繞程度和其單體間的鍵接方式有關(guān)系，頭頭相連的聚對(duì)苯乙炔的纏繞最強(qiáng)。在400K時(shí)就各低聚物和單壁碳納米管的吸附強(qiáng)度而言，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚苯乙炔和聚對(duì)苯乙炔依次增強(qiáng)；其中聚丙烯、聚苯乙烯以及聚對(duì)苯乙炔和單壁碳納米管的吸附強(qiáng)度受單體間的鍵接方式以及鏈段的構(gòu)象這兩個(gè)因素的影響很小，但是聚苯乙炔和單壁

4、碳納米管的吸附強(qiáng)度卻強(qiáng)烈地受到此二因素的影響，通過(guò)選擇合適的單體間的鍵接方式以及鏈段的構(gòu)象可以獲得對(duì)單壁碳納米管有強(qiáng)烈纏繞形態(tài)和較強(qiáng)吸附強(qiáng)度的聚苯乙炔結(jié)構(gòu)。 另外，對(duì)于類似于聚丙烯和聚苯乙烯的非共軛聚合物，我們發(fā)現(xiàn)它們?cè)趩伪谔技{米管表面的吸附形態(tài)和吸附強(qiáng)度與它們的初始構(gòu)象以及它們相對(duì)于單壁碳納米管的初始位置無(wú)關(guān)，并給出了理論解釋。在利用分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)某個(gè)分子進(jìn)行構(gòu)象搜尋時(shí)，我們認(rèn)為如果把此分子和其它的分子組成相互作用體系再進(jìn)行