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上海航天 2015年第4期32卷 63-67页

作者：李苗苗孙庆锋干效东郭效德上海航天动力技术研究所浙江湖州313000 南京理工大学化工学院江苏南京210094

用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)法模拟研究了粘合剂3,3-二叠氮甲基氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)与A3[双(2,2-二硝基丙醇缩甲醛(A2)与双(2,2-二硝基丙醇)缩乙醛(A1)质量比1∶1混合物]、端叠氮基聚叠氮缩水甘油醚(GAPA)等不同增塑... 详细信息

用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)法模拟研究了粘合剂3,3-二叠氮甲基氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)与A3[双(2,2-二硝基丙醇缩甲醛(A2)与双(2,2-二硝基丙醇)缩乙醛(A1)质量比1∶1混合物]、端叠氮基聚叠氮缩水甘油醚(GAPA)等不同增塑剂组成的共混体系的溶度参数和共混物分子间的Flory-Huggins作用参数,预测了共混物的相容性和介观形貌。结果表明:室温下PBT/A3共混体系,增塑比为1.4时体系的相容性最好;对增塑比为1.2的PBT/A3/GAPA共混物,PBT/A3/GAPA配比为10/2/10体系的相容性最好。

关键词： PBT 增塑剂分子动力学介观动力学相互作用参数

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多尺度模拟聚乳酸共混物的相容性和机械性能

多尺度模拟聚乳酸共混物的相容性和机械性能

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作者：李端南华大学

学位级别：硕士

计算机的硬件和软件技术的不断发展,使计算机模拟在材料设计和开发领域的应用越来越广,并且能够解释一些难以从实验中获得的微观原理和本质。相比于传统的石油基高分子材料,聚乳酸（PLA）具有良好的可降解性和生物相容性,但是PLA的机械... 详细信息

计算机的硬件和软件技术的不断发展,使计算机模拟在材料设计和开发领域的应用越来越广,并且能够解释一些难以从实验中获得的微观原理和本质。相比于传统的石油基高分子材料,聚乳酸（PLA）具有良好的可降解性和生物相容性,但是PLA的机械性能和力学性能较差,因此需要对PLA进行适当的改性才能应用于实际生产中。本文首先对PLA与几种常见的改性剂的共混物进行了模拟,结果表明PLA与直链淀粉（Amylose）共混的相容性较好,进一步采用分子动力学（MD）和介观动力学（Meso Dyn）模拟不同质量比例的PLA与Amylose共混物的结构和性能,并对马来酸酐（MAH）接枝PLA/Amylose共混物的结构性能进行模拟。（1）将PLA与改性剂进行共混模拟,通过Blends模块模拟常见改性剂Amylose、聚乙二醇（PEG）、邻苯二甲酸二辛脂（DOP）、环氧大豆油（ESO）、聚己内酯（PCL）、柠檬酸三丁酯（ATBC）与PLA共混的相容性,对PLA和改性剂之间的结合能进行分析,共混物之间结合能越近似说明其相容性越好,多种改性剂中Amylose与PLA之间的结合能比较近似,因此说明其相容性良好。并还发现随着温度的升高,共混物材料的相互作用参数逐渐减少,并逐渐趋于一个平衡值。（2）复合材料的各项性能在很大程度上依赖于各项材料之间的相容性,因此对PLA和Amylose的相容性和机械性能进行模拟。首先使用Amorphous cell模块建立不同质量比的PLA/Amylose共混物无定形模型并对其进行结构优化,再使用MD模拟PLA/Amylose共混物的CED、溶解度参数（δ）、Flory-Huggins相互作用参数（χ）和机械性能等。研究结果表明,当PLA/Amylose共混物的质量比为70/30时,模拟得到的χ略小于χc,因此得到该质量比下的PLA/Amylose具有一定相容性,其他质量比的共混物的χ均大于χc,即相容性不好。对不同质量组成的共混物体系进行500K到100K逐步降温模拟发现,随着温度的降低,共混体系的体积、键能、键角能和扭转能也逐渐减少,但是体系的体积和扭转能随着温度的降低过程中出现明显转折（即发生玻璃化转变现象）,除了质量比为70/30时共混物存在一个玻璃化拐点（即一个玻璃化转变温度）,其他比例下的共混物都有两个玻璃化转变温度,说明质量比为70/30的PLA/Amylose具有一定的相容性。对共混物的机械性能模拟得到随着共混物中的PLA组分占比的增加,各项机械性能逐渐降低,当质量比为70/30时达到最低值再逐渐增加。将MD计算得到的相互作用参数转化为Meso Dyn模拟的输入参数,采用Meso Dyn在介观尺度模拟并分析PLA/Amylose共混物介观形态,发现介观共混物形态从“海-岛”结构逐渐变成双连续结构,然后再次变成“海-岛”结构。通过分析不同质量比的共混物的自由能密度和有序参数发现,质量比为70/30的PLA/Amylose共混物具有良好的相容性。（3）按不同接枝率在PLA上接枝MAH,并与Amylose以70/30的质量比进行共混,使用MD模拟接枝率对共混物的CED和机械性能的影响。分析结果可知,随着共混物中接枝率的增加,MAH-PLA/Amylose共混物的CED和各项模量都逐渐升高,而可压缩性逐渐降低,表明采用马来酸酐接枝PLA可以有效地提升其与Amylose共混的机械性能。

关键词：聚乳酸直链淀粉分子动力学介观动力学相容性

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PA6/POE共混物的分子动力学与介观动力学模拟

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材料工程 2013年第7期41卷 44-49页

作者：张彦飞兰艳花付一政赵贵哲胡国胜中北大学山西省高分子复合材料工程技术研究中心太原030051 中北大学材料科学与工程学院太原030051 北京理工大学材料科学与工程学院北京100081

为了预测聚己内酰胺(PA6)与聚烯烃热塑性弹性体(POE)的相容性及其共混物的玻璃化转变温度(Tg)、力学性能和结合能,采用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)模拟方法对PA6/POE共混物进行了研究。结果表明:通过温度-比容曲线可以得到PA6/... 详细信息

为了预测聚己内酰胺(PA6)与聚烯烃热塑性弹性体(POE)的相容性及其共混物的玻璃化转变温度(Tg)、力学性能和结合能,采用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)模拟方法对PA6/POE共混物进行了研究。结果表明:通过温度-比容曲线可以得到PA6/POE共混体系的Tg分别对应于PA6与POE的Tg,PA6/POE为不相容体系;Meso-Dyn模拟了共混物的介观形貌与动力学演变过程,通过比较混合物的有序度参数的大小判断混合物为不相容体系。本模拟方法可以作为预测聚合物共混物性能的有利工具,也可以为高聚物配方设计提供理论指导。

关键词：聚己内酰胺聚烯烃热塑性弹性体分子动力学介观动力学相容性

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POE/PA共混物性能的分子动力学与介观动力学模拟

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高分子材料科学与工程 2013年第2期29卷 182-186页

作者：张彦飞兰艳花付一政刘亚青胡国胜中北大学材料科学与工程学院中北大学山西省高分子复合材料工程技术研究中心山西太原030051

为了预测聚烯烃弹性体(POE)与不同聚酰胺(PA6、PA11和PA1010)的相容性及共混物的力学性能和介观形貌,采用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)模拟方法对不同种类的POE/PA共混物进行了研究。结果表明,3种共混体系中PA11/POE共混物的拉... 详细信息

为了预测聚烯烃弹性体(POE)与不同聚酰胺(PA6、PA11和PA1010)的相容性及共混物的力学性能和介观形貌,采用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)模拟方法对不同种类的POE/PA共混物进行了研究。结果表明,3种共混体系中PA11/POE共混物的拉伸模量、体积模量及剪切模量都较小,韧性比较好,力学性能和结合能最好;MesoDyn模拟结果表明,PA11与POE相容性最好。本模拟方法可以作为预测聚合物共混物性能的有利工具,也可以为高聚物配方设计提供理论参考。

关键词：聚烯烃弹性体聚酰胺分子动力学介观动力学力学性能结合能

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多功能环保压裂液微观模拟研究

多功能环保压裂液微观模拟研究

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作者：庞锋中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

非常规油气储层的致密性决定了其必须经过压裂改造才能进行有效开发。近年来国家对环保要求越来越高,研究环保压裂液,减少其对环境的污染是必然趋势。本文采用介观动力学(Meso Dyn)和分子动力学(Forcite)相结合的模拟方法,模拟了多功能... 详细信息

非常规油气储层的致密性决定了其必须经过压裂改造才能进行有效开发。近年来国家对环保要求越来越高,研究环保压裂液,减少其对环境的污染是必然趋势。本文采用介观动力学(Meso Dyn)和分子动力学(Forcite)相结合的模拟方法,模拟了多功能环保压裂液体系中胶束的自组装结构和体系的流变特性;考察了反离子加入体系后,体系粘度的变化以及离子强度对体系自组装行为的影响;获得了将整个体系置于温度场和剪切场环境中对体系自组装行为以及粘度改性影响的规律。从微观和宏观两个角度阐述了各因素对多功能环保压裂液体系性能影响的机理。研究结果表明,随着浓度提升,表面活性剂会自组装形成球状、棒状、蠕虫状、层状等形态各异的胶束,但体系性能与浓度并非正相关;反离子的加入会促进表面活性剂在体系中成胶,但是超过1%的反离子会降低体系性能剪切粘度;温度的提升会降低体系的性能,但在392.15K附近体系的粘度会重新达到一个峰值,随后随温度进一步升高,粘度将继续下降;随着剪切速率提高,体系的剪切粘度总体会趋于下降,并且随着剪切时间的增长,体系的剪切粘度则趋于稳定。通过分子模拟的方法验证压裂液各组分的相互关系,分析相关因素对体系性能的影响,为开发出新的高效体系提供理论支撑。

关键词：环保压裂液分子模拟表面活性剂介观动力学分子动力学

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聚乙二醇与十二烷基羟丙基磺基甜菜碱相互作用的介观动力学模拟

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日用化学工业 2012年第4期42卷 237-241页

作者：陈果郭昊王青标陈忠秀浙江工商大学浙江省食品安全重点实验室浙江杭州310035 浙江工商大学应用化学系浙江杭州310035

采用介观动力学(MesoDyn)模拟方法研究了聚乙二醇(PEG)与十二烷基羟丙基磺基甜菜碱(DSB)在水溶液中的聚集行为,从介观层次上探讨了PEG以及与DSB混合体系的聚集过程和聚集形态,并对混合体系中DSB的体积分数、温度和剪切速率等影响因素进... 详细信息

采用介观动力学(MesoDyn)模拟方法研究了聚乙二醇(PEG)与十二烷基羟丙基磺基甜菜碱(DSB)在水溶液中的聚集行为,从介观层次上探讨了PEG以及与DSB混合体系的聚集过程和聚集形态,并对混合体系中DSB的体积分数、温度和剪切速率等影响因素进行了分析。实验结果表明,PEG在水溶液中随体积分数增加会形成球形、棒状、蠕虫状聚集体和网状结构;PEG与表面活性剂DSB之间存在着较强的协同作用,在较低的DSB体积分数下PEG即可产生聚集现象;随着温度的增加,PEG/DSB混合体系聚集变得较为困难,而且聚集的速度也逐渐变慢,说明整个聚集过程是放热的;并且剪切作用对体系聚集行为影响较大。

关键词：十二烷基羟丙基磺基甜菜碱聚乙二醇介观动力学协同作用

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构建石墨烯泡沫孔片网络拓扑模型

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科技成果管理与研究 2019年第2期 15-15页

作者：王晓杰中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术所中国科学技术大学

石墨烯泡沫,是以准二维石墨烯作为基本组件,以无序堆砌为主要建构方式较接而成的三维多孔材料,由于兼备了石墨烯与多孔材料的优点,石墨烯泡沫受到了越来越多的关注。但从已有的大量实验研究来看,其物理机制尚不清楚,准二维石墨烯重组为... 详细信息

石墨烯泡沫,是以准二维石墨烯作为基本组件,以无序堆砌为主要建构方式较接而成的三维多孔材料,由于兼备了石墨烯与多孔材料的优点,石墨烯泡沫受到了越来越多的关注。但从已有的大量实验研究来看,其物理机制尚不清楚,准二维石墨烯重组为三维网络的应力传递特性也缺乏理解,石墨烯泡沫受外载时的介观动力学演化过程也无法原位再现。

关键词：石墨烯网络拓扑模型泡沫多孔材料三维网络介观动力学基本组件物理机制

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PP/PA6共混体系的计算机模拟研究

PP/PA6共混体系的计算机模拟研究

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作者：吴飞太原理工大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,计算机模拟作为一种重要的方法和手段,被广泛应用于材料的研究、设计和开发工作中,并且极大促进了材料相关领域的发展。为了从分子水平上研究PP(聚丙烯)、PA6(尼龙6)混合相容性,本文先运用MD分子动力学方法模拟研究了常... 详细信息

进入21世纪以来,计算机模拟作为一种重要的方法和手段,被广泛应用于材料的研究、设计和开发工作中,并且极大促进了材料相关领域的发展。为了从分子水平上研究PP(聚丙烯)、PA6(尼龙6)混合相容性,本文先运用MD分子动力学方法模拟研究了常温下(25℃)PP/PA6共混相容性;此外,还运用DPD耗散粒子动力学方法模拟了PP/PA6二元共混体系及含嵌段共聚物增容剂的PP/PA6/PP-b-PA6三元共混体系,获取了相关的介观形貌信息。MD与DPD模拟的有效衔接为聚合物共混与复合材料研究开辟了一个新途径。首先,运用MD方法模拟研究PP/PA6共混相容性。常温常压下分别对80PP/20PA6、60PP/40PA6、50PP/50PA6、40PP/60PA6和20PP/80PA6五种混合比的混合物进行了微观模拟研究,计算体系Flory-Huggins相互作用参数和C-C原子对径向分布函数。通过对比Flory-Huggins相互作用参数ABχ与临界作用参数Cχ值的大小,结果五组共混物ABχ值均大于Cχ值,表明这些混合体系均不相容。对比同类分子C-C原子对径向分布函数(PP-PP、PA6-PA6)与不同类分子C-C原子对径向分布函数(PP-PA6),也发现PP和PA6以上述五种比例混合难以相容。通过MD模拟研究了温度变化对PP、PA6共混相容性的影响,先运用Material Studio软件的Blend模块计算PP/PA6共混相图,对PP、PA6相容性做一个大概预测,然后计算五个混合比PP/PA6的Flory-Huggins相互作用参数随温度的变化趋势。结果表明常温下PP、PA6混合体系只有当PP(或PA6)含量非常少的情况下才会出现相容,而升高体系温度可以减小Flory-Huggins相互作用参数,促进体系相容。此外,MD模拟还研究了温度对PP、PA6分子链均方末端距和体系能量的影响。运用DPD模拟PP/PA6共混介观体系。首先计算了PP/PA6在90/10、80/20、70/30、60/40、50/50、40/60、30/70和10/90混合比下的介观相貌,发现PP/PA6介观形态在90/10、80/20和10/90混合模型中为球状液滴结构分布,在70/30和30/70混合模型中呈管束状结构分布,在60/40和40/60混合模型中呈层状结构分布,在50/50混合模型中呈双连续结构分布。研究对比不同混合比PP/PA6体系粒子沿X轴等密度图,通过粒子等密度图可以考察体系粒子的聚集情况。研究PP/PA6共混体系均方根末端距,发现PP、PA6均方根末端距大小与其相应含量成正比,这是由于某一组分增多会给其分子链留下更多的自由伸展空间,从而有利于分子链的扩散运动与解纠缠。为验证DPD模拟参数选择是否恰当,将DPD模拟得到的相图与相关文献SEM图对比,发现两者有较高的相似度。通过截取不同时间步长的相图分析PP/PA6共混的演变进程,发现不同混合比体系达到平衡所需要的时间步不同。本文模拟了温度变化对PP/PA6混合体系的影响,发现温度变化对混合体系介观相貌有一定影响,其次升高温度能提高珠子扩散系数和链的均方根末端距。研究剪切力场对PP/PA6共混性影响,模拟结果显示较小的剪切速率对介观形态的影响可忽略不计,当剪切速率继续增大时,介观相貌会沿剪切速率方向取向并发生变化,并最终形成管状束胶结构,从相关文献上也发现共混体系在剪切力下逐渐变成管状束胶结构。最后还通过DPD模拟发现体系珠子的均方根末端距和扩散系数会随着剪切速率的增大而增大,说明了提高剪切力有利于团聚体的破碎和迁移。运用DPD模拟研究含嵌段共聚物增容剂的PP/PA6/PP-b-PA6三元混合体系。首先比较了相同PP/PA6混合比的二元混合体系和含增容剂三元共混体系的介观等密度图和界面张力大小,发现三元共混体系界面出现凹凸不平的突起结构,且三元体系界面张力小于二元体系,说明加入增容剂确实起到促进PP/PA6相容的作用。其次,考察了PP-b-PA6添加量及链长对PP/PA6混合性效果的影响,发现加入少量PP-b-PA6能减少体系界面张力提升共混相容性,加入过量PP-b-PA6后界面张力由于PP、PA6相发生“溶胀”而增大,导致促进相容的效果不佳。最后还考察含增容剂三元混合体系界面性质,研究了增容剂添加量对界面厚度的影响。

关键词：分子动力学介观动力学聚合物共混嵌段聚合物增容剂共混性

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中性高分子键合剂在含能增塑剂/粘合剂预聚物中相分离的介观模拟

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含能材料 2016年第5期24卷 469-478页

作者：虞振飞姚维尚谭惠民崔国良北京理工大学材料学院北京100081 航天科技集团科技委北京100048

中性高分子键合剂(NPBA)分子设计一般采用半经验、半定量的方法。为了探索更为高效的途径,根据美国专利USP 4915755所描述的NPBA应用实例,运用分子模拟软件Materials Studio软件中的MesoDyn模块,进行了3种NPBA在各种混合含能增塑剂/粘... 详细信息

中性高分子键合剂(NPBA)分子设计一般采用半经验、半定量的方法。为了探索更为高效的途径,根据美国专利USP 4915755所描述的NPBA应用实例,运用分子模拟软件Materials Studio软件中的MesoDyn模块,进行了3种NPBA在各种混合含能增塑剂/粘合剂预聚物中相分离的介观模拟计算。从所得NPBA/含能增塑剂/预聚物体系的有序度曲线可见,303 K(30℃)时NPBA的有序度比333 K(60℃)时的有序度大,说明低温下NPBA在含能增塑剂/预聚物中的相分离程度比高温时大,符合这些NPBA的设计初衷。此外,提高NPBA的相对分子质量、降低料浆加工温度、增大NPBA的用量均可加剧NPBA在含能增塑剂/预聚物中的相分离程度。这些计算结果可用高分子溶液的相关理论进行解释,证实介观模拟方法可以较为直观的方式检验NPBA分子设计的效果。

关键词：含能增塑剂粘合剂硝胺中性高分子键合剂(NPBA) 介观动力学相分离有序度

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DIANP对NC溶塑作用的实验与模拟

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含能材料 2016年第3期24卷 269-273页

作者：齐晓飞严启龙刘萌胡米西安近代化学研究所陕西西安710065

用动态流变实验和扫描电子显微镜观察对比研究了1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷(DIANP)和硝化甘油(NG)溶塑硝化纤维素(NC)的速率和效果,用分子动力学模拟方法对DIANP、NG、NC的溶度参数和DIANP、NG在NC中的扩散系数进行了模拟计算,采用介观... 详细信息

用动态流变实验和扫描电子显微镜观察对比研究了1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷(DIANP)和硝化甘油(NG)溶塑硝化纤维素(NC)的速率和效果,用分子动力学模拟方法对DIANP、NG、NC的溶度参数和DIANP、NG在NC中的扩散系数进行了模拟计算,采用介观动力学模拟方法得到了NC/DIANP和NC/NG共混体系的介观形貌。结果表明,与NG相比,DIANP溶塑NC速率较快,二者在NC中的扩散系数分别为1.39×10^(-10)m^2·s^(-1)和2.24×10^(-10)m^2·s^(-1)。相对于NG,DIANP溶塑效果更好,两种共混体系的显微形貌特征与介观动力学模拟结果具有很高的一致性。溶度参数计算结果表明,DIANP的分子间作用力大小与NC较为相似,而NG溶度参数的范德华力和静电力分量所占的比例与NC接近。

关键词： 1 5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷(DIANP) 硝化纤维素(NC) 溶塑分子动力学介观动力学

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