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石墨纳米片/聚乙烯复合物分子动力学模拟

高俊国 孙伟峰 李明 房权生 张晓虹

高俊国, 孙伟峰, 李明, 等. 石墨纳米片/聚乙烯复合物分子动力学模拟[J]. 复合材料学报, 2018, 35(8): 2274-2285. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20171108.001
引用本文: 高俊国, 孙伟峰, 李明, 等. 石墨纳米片/聚乙烯复合物分子动力学模拟[J]. 复合材料学报, 2018, 35(8): 2274-2285. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20171108.001
GAO Junguo, SUN Weifeng, LI Ming, et al. Molecular dynamics simulation of graphite-nanoplatelet/polyethylene composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2018, 35(8): 2274-2285. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20171108.001
Citation: GAO Junguo, SUN Weifeng, LI Ming, et al. Molecular dynamics simulation of graphite-nanoplatelet/polyethylene composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2018, 35(8): 2274-2285. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20171108.001

石墨纳米片/聚乙烯复合物分子动力学模拟

doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20171108.001
基金项目: 中国博士后科学基金(2013M531058);黑龙江省普通本科高等学校青年创新人才培养计划(UNPYSCT-2015047)
详细信息
    通讯作者:

    孙伟峰,博士,副研究员,研究方向为低维系统与纳米结构E-mail:sunweifeng@hrbust.edu.cn

  • 中图分类号: O642

Molecular dynamics simulation of graphite-nanoplatelet/polyethylene composites

  • 摘要: 通过分子动力学模拟对石墨纳米片(GNP)/聚乙烯(PE)复合物的结构、力学和气体输运性质进行计算研究,分析其随模拟温度和GNP填充量的变化规律,探讨纳米界面形成、复合机制及结构与特性的关系。GNP/PE复合物呈现二维结构,GNP趋向于平面取向排列并通过范德华力和纳米石墨片层表面上的碳氢-π键使周围几个原子尺度内的PE分子固化为有序原子层,而PE基体仍然为各向同性的无定形结构。GNP/PE界面上纳米复合作用使体系能量降低,与PE体系相比,GNP/PE的杨氏模量和泊松比分别显著增高和降低。GNP平面取向导致GNP/PE的力学特性表现出二维各向异性的弹性常数张量,在石墨纳米片层平面方向上的杨氏模量明显增高,并且随温度的降低和GNP填充量的提高而增大,填充GNP有效改善了GNP/PE的力学性质。GNP/PE复合物的气体输运性质明显受到填充GNP的气体阻隔和取向的影响并且对3种气体渗透没有明显的选择性。GNP与基体的纳米复合导致N2、O2和CO2的分子输运呈现二维各向异性,随着石墨纳米颗粒填充量的增加,取向GNP层面方向的扩散系数比垂直方向高5~8倍,可用于气体分子屏障与渗流控制。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-28
  • 修回日期:  2017-10-24
  • 刊出日期:  2018-08-15

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