納米通道中聚乙烯分子流動(dòng)特性的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、近幾十年來，隨著微納米加工技術(shù)的發(fā)展，高分子聚合物流體在微納米尺度下的流動(dòng)被廣泛關(guān)注，但因?yàn)楦叻肿泳酆衔锪黧w表現(xiàn)出異于牛頓流體的獨(dú)特性質(zhì)，目前針對(duì)高分子聚合物流體流動(dòng)理論的建立并不全面，所以無論在實(shí)驗(yàn)上還是理論上，研究高分子聚合物流體在微納尺度上的流動(dòng)都是當(dāng)今的熱點(diǎn)話題。隨著電子顯微鏡及其相關(guān)先進(jìn)觀察設(shè)備的高速發(fā)展，很多學(xué)者在實(shí)驗(yàn)上也獲得了高分子聚合物在微納通道中運(yùn)動(dòng)過程的一些研究成果，但因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、環(huán)境因素以及加工技術(shù)的限制，使得相

2、關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不豐富，因此更多的學(xué)者采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法對(duì)微納尺度下的聚合物流體流動(dòng)進(jìn)行研究，也提出了很多經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀５捎媒?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷玫降臄?shù)據(jù)結(jié)果有時(shí)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差距大，并且對(duì)某種特定的聚合物流體缺乏指導(dǎo)意義，在采用分子動(dòng)力學(xué)模擬聚乙烯分子鏈的特征數(shù)值被公布之后，本文成功模擬了聚乙烯流體在各種微納通道中的流動(dòng)過程并得到了很多有指導(dǎo)意義的結(jié)果，對(duì)高分子聚合物流體在微納尺度下的流動(dòng)的研究提供了技術(shù)支持。
　　因?yàn)樵谧兘孛嫱ǖ滥Ｐ椭?，?/p>

3、用的分子動(dòng)力學(xué)處理虛擬熱壁面的全反射壁面處理方法和隨機(jī)反射壁面處理方法存在局限性，所以本文首先提出了一種適用性更強(qiáng)的虛擬熱壁面處理方法——半反射壁面處理方法，然后采用納米間距平行平板通道中氬流體和納米矩形通道中氬流體的平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)模擬的結(jié)果驗(yàn)證這種方法的正確性和可應(yīng)用性。此后，采用半反射壁面處理方法，對(duì)納米間距平行平板通道中聚乙烯流體的平衡態(tài)、非平衡態(tài)，納米矩形通道中聚乙烯流體的平衡態(tài)、非平衡態(tài)采用分子動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行模擬。在此工作的

4、基礎(chǔ)上，本文針對(duì)納米注射這種廣泛應(yīng)用的技術(shù)，采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了變截面納米通道內(nèi)聚乙烯分子注射過程。通過本文的研究主要得到以下主要結(jié)論：
　　1）采用半反射壁面條件處理方法不僅可以在分子動(dòng)力學(xué)模擬中體現(xiàn)恒壁溫條件和壁面不光滑的物理?xiàng)l件，而且也可以在分子動(dòng)力學(xué)模擬中真實(shí)反映粒子反射后的位置；還可以在不規(guī)則納米通道中應(yīng)用，簡化速度矢量計(jì)算方法，從而便于計(jì)算；
　　2）在其它條件相同的通道中，分子鏈鏈長主要影響聚乙烯分子鏈的重

5、心分布，鏈長300相對(duì)于鏈長30的聚乙烯分子鏈更加集中分布在中心軸附近；
　　3）在其它條件相同的通道中，在非平衡態(tài)流動(dòng)的納米間距平行平板通道中和平衡態(tài)的納米矩形通道中，壁面對(duì)聚乙烯分子鏈發(fā)生吸附作用，隨著通道寬度(矩形通道高度與寬度比值)增大，聚乙烯分子鏈的分布重心由壁面逐漸向中心軸轉(zhuǎn)移，聚乙烯分子鏈的集中對(duì)聚乙烯的流動(dòng)除了具有阻力的影響之外，還起到了穩(wěn)定聚乙烯流體流動(dòng)速度的作用；
　　4）在其它條件相同的通道中，亞甲基粒