富勒烯球增强环氧复合材料力学及热学性质的分子模拟

发布时间：2021-08-09 13:22

　　富勒烯作为一类轻质、高强度、高模量的纳米材料,具有优异的力学性质。富勒烯是完全由碳原子构成的中空分子,根据其所含碳原子数的不同形状呈现球形、椭球形、柱形或管状。C₆₀是富勒烯家族中丰度最高也是最容易获得的一种分子构型,C₆₀是由60个碳原子构成的20个六元环和12个五元环链接组成的具有30个碳-碳双键的空心球状分子,与石墨烯存在同样的碳的六元环结构。根据C₆₀以上结构特点,本文提出了富勒烯球增强环氧复合材料构型,通过分子动力学方法研究了富勒烯球增强环氧复合材料的力学及热学性质。本文首先构建了富勒烯球增强体分子模型,通过分子动力学方法模拟环氧树脂和固化剂的实际固化过程得到了交联环氧树脂单胞模型,将富勒烯球嵌入到环氧树脂基体中得到了富勒烯球增强复合材料单胞模型,并对所得到的模型进行了结构优化。通过对环氧树脂单胞模型和复合材料单胞模型的密度分布曲线以及全原子径向分布函数曲线进行对比分析,研究发现C₆₀的添加会降低材料的密度,提高材料内C-H共价键和C-O共价键分布的概率密度。之后研究了富勒烯球增强复合材料... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

碳纳米管从树脂基体拔出分子动力学模拟过程[64]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文14对应于模拟模型几个到几十个纳米。描述一个分子体系，最基本的动力学参数包括粒子的位置，粒子的速度，粒子的受力以及时间δt。分子动力学模拟的一般过程包括模型的构建、动力学模拟过程、结构性能计算以及结果分析。通过分子模拟软件构建单胞模型，然后将单胞模型导入分子动力学软件进行动力学模拟，并通过物理规律计算结构性能，最后将模拟结果导入后处理软件做可视化分析。本文利用分子模拟软件MaterialStudio建模，运用开源分子动力学模拟软件Lammps进行动力学分析，使用可视化及后处理软件Ovito对模拟结果进行分析。具体流程如下图所示：图2-1分子动力学模拟流程2.2分子动力学模拟计算方法分子动力学模拟把多体系统中的每一个原子视为在其他原子核和电子所构成的势场中按照经典牛顿运动规律进行运动，所以经验势场的选择对计算结果的准确性尤为重要。求解牛顿运动方程时，需要模拟体系给出初始条件和边界条件来求出定解，因此初始条件、边界条件同样非常重要。在整个模拟过程中，多体体系要保持一定的稳态环境，来求解出稳定的结果，所以要对体系设定系综，选择性控制体系的分子数、体积、温度、压强等参数。因此在做分子动力学模拟前，要选择适合的势尝准确的初始条件和边界条件、以及选择适合的系综才能做出准确的模拟结果。2.2.1力场势函数是多体体系中任意原子受到其他原子核和电子合力作用组成的势场的数学描述。对于含有不同元素类型的多体体系，势函数的选择要可以包含体系中所有类型的元素，并对不同类型的原子分配键系数、二面角系数、面系数以及

代步数，而且可以提高模拟计算的准确性，消除原体系中因为能量集中存在的不合理的形态。在做分子模拟时，有时候模拟的体系非常庞大，分子模拟为结果的精确性要统计体系中每一个原子的运动状态，这就将引入极大的计算量。为了减少计算量提高计算效率，而要模拟的体系又正好是均质的或者体系内含有基本重复单元，就可以通过周期性边界来做简化处理。通过提取体系中的重复单元建立模拟单胞，并对单胞赋予周期性边界。这样就能通过对较小的单胞做分子动力学模拟来计算多体体系的性质。通过提取重复性单元做周期性简化的示意图如图2-2所示。图2-2周期性单胞选取示意图

【参考文献】：
期刊论文
[1]先进航空树脂基复合材料研究与应用进展[J]. 益小苏,张明,安学锋,刘立朋.  工程塑料应用. 2009(10)



本文编号：3332146