聚酰亞胺-KTN復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的模擬研究.pdf

1、近年來，由于聚合物基無機(jī)納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用前景，受到眾多科研者的關(guān)注。本文通過計(jì)算機(jī)模擬手段，基于第一性原理和分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)聚酰亞胺/KTN復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究，分析鉀空位對(duì)KTN電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響，分析不同摻雜比例、尺寸和形狀的KTN粒子對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響。
　　首先構(gòu)建KTN及空位模型，利用第一性原理計(jì)算分析其電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化。隨后構(gòu)建聚酰亞胺/KTN復(fù)合模型，用分子動(dòng)力學(xué)方法計(jì)

2、算聚酰亞胺與納米KTN粒子表面的相互作用能，研究不同摻雜比例和不同形狀的納米KTN對(duì)表面相互作用能和表面鍵能的影響，探究聚酰亞胺與納米KTN分子間的鍵合形式。最后利用多尺度建模方法構(gòu)建聚酰亞胺/KTN復(fù)合模型，利用分子動(dòng)力學(xué)方法研究不同粒徑納米KTN粒子對(duì)聚酰亞胺機(jī)械性能的影響，并通過分析界面鍵能和顆粒表面原子數(shù)目來研究小尺寸效應(yīng)。
　　模擬結(jié)果表明：在KTN晶體中，由于鉀空位的出現(xiàn)，Ta原子位移大于Nb的原子位移，Nb原子和O原

3、子之間的鍵能作用更強(qiáng)。KTN粒表面原子的鍵能在2.058-12.988 kcal/mol之間，納米顆粒與基體通過范德華力和氫鍵結(jié)合在一起。相同填充比例下，球體團(tuán)簇KTN顆粒與聚酰亞胺界面的表面鍵能明顯大于立方體、圓柱體和圓錐體團(tuán)簇。聚酰亞胺基體楊氏模量和泊松比分別為2.914 GPa和0.370，摻雜KTN的聚酰亞胺復(fù)合物楊氏模量和泊松比分別為3.169 GPa和0.353，說明摻雜KTN可以使聚酰亞胺機(jī)械性能有一定的提高。此外，由于小