功能化石墨烯-聚合物體系的分子間相互作用力的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、一個(gè)原子厚度、sp2雜化的二維層狀石墨烯具有一系列不尋常的力、熱和電學(xué)性質(zhì)。石墨烯獨(dú)特的力學(xué)性質(zhì)已經(jīng)吸引許多國(guó)際研究組織用它來進(jìn)行加強(qiáng)材料的研究。本論文利用基于COMPASS力場(chǎng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究石墨烯和不同聚合物分子間的相互作用。文中研究了聚合物結(jié)構(gòu)、構(gòu)型及石墨烯寬度對(duì)聚合物結(jié)合的影響，此外，考察了聚合物鏈交叉耦合功能化石墨烯的模擬。
　　 模擬結(jié)果表明，石墨烯/聚合物體系的相互作用能不僅與聚合物的單體結(jié)構(gòu)有關(guān)，與其構(gòu)型也有

2、密切關(guān)系。芳香環(huán)聚砒咯和聚酰亞胺與石墨烯具有強(qiáng)的相互作用，π-π鍵相互作用是強(qiáng)相互作用的根本原因；與碳納米管和石墨烯發(fā)生相互作用時(shí)，螺旋結(jié)構(gòu)的聚苯乙炔(PPA)為了維持其原來螺旋狀的分子構(gòu)型，分別與碳納米管和石墨烯形成包覆和包裹吸附。此外，模擬結(jié)果顯示，石墨烯/聚合物體系的相互作用能與石墨烯的寬度有著一定的依賴關(guān)系。對(duì)聚砒咯/聚酰亞胺而言，當(dāng)石墨烯寬度小于2 nm時(shí)，相互作用能隨寬度的增加而增強(qiáng)并在2 nm處達(dá)到最大，此后，相互作用能隨

3、石墨烯寬度的增加而減小；對(duì)于聚甲基丙烯酸甲酯分子，當(dāng)寬度小于3 nm時(shí)，體系的相互作用能與寬度成距比并在3 nm處取最大值，此后，相互作用能與石墨烯寬度成反比；對(duì)聚乙烯/石墨烯體系而言，體系的相互作用能對(duì)石墨烯寬度沒有明顯的依賴。因此，對(duì)于不同原子數(shù)目、不同分子結(jié)構(gòu)的聚合物與石墨烯發(fā)生相互作用時(shí)，將存在一個(gè)最佳寬度的石墨烯。
　　 本論文的模擬結(jié)果還表明，功能化石墨烯的不平坦的官能團(tuán)平面可能會(huì)與聚合物間形成交叉耦合相互作用。那樣