熔体静电纺丝电场力作用机制的分子动力学模拟研究

发布时间：2023-12-26 18:28

　　静电纺丝是一种利用高压电场将溶液或熔体加工成纤维的制造技术,具有广泛的应用前景。现有的有关静电纺丝的理论非常不完善,难以很好地指导静电纺丝工艺创新和优化。为此,本文基于聚丙烯的全原子模型和可极化粗粒度模型,利用分子动力学模拟,从分子水平上,研究了熔体静电纺丝的电场力形成和作用机制。主要研究内容和结论如下:(1)模拟了聚丙烯熔滴在强电场中的诱导极化效应及形变行为,分析了电场强度对熔滴的诱导偶极矩、形状、尺寸和微观结构的影响。模拟结果表明,强电场能够诱导熔体产生极化形成诱导偶极,并且这种诱导极化的偶极矩会随着电场强度的增强而线性增大。电场的施加不会对熔滴的形状产生显著影响但能导致熔滴膨胀,并且在垂直于电场的方向上膨胀得更大。这种行为的产生可能跟电场诱导聚丙烯主链上的侧链进行取向进而导致主链在垂直于电场的方向发生伸展有关。这些结果进一步说明,电场对熔体的诱导极化效应并不能在电场方向上形成足以拉伸熔体发生显著变形的电场力。因此,电场对聚合物熔体的诱导极化效应并不是熔体静电纺丝的主要作用机制。(2)模拟研究了电子、阴离子和阳离子在聚丙烯熔滴表面的吸附行为,分析了带电量、近程对势相互作用参数、带电...

【文章页数】：114 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 静电纺丝技术概况
        1.2.1 静电纺丝技术基本理论
        1.2.2 熔体静电纺丝基本理论
        1.2.3 静电纺丝工艺研究
        1.2.4 静电纺丝设备研究
    1.3 静电纺丝纳米纤维的应用
        1.3.1 功能性高效过滤及防护材料
        1.3.2 生物医药应用
        1.3.3 组织工程支架
        1.3.4 电池材料
        1.3.5 食品包装
        1.3.6 传感器
        1.3.7 催化剂
    1.4 分子模拟
        1.4.1 分子动力学模拟
        1.4.2 全原子分子动力学模拟
        1.4.3 粗粒度分子动力学模拟
        1.4.4 LAMMPS分子模拟软件介绍
    1.5 研究内容与研究目标
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 研究目标
    1.6 特色与创新之处
第二章 熔体静电纺丝的电场力作用机制分析
    2.1 引言
    2.2 漏电介质理论
    2.3 修正的漏电介质理论
    2.4 微观结构与分子动力学研究
    2.5 综合分析
    2.6 小结
第三章 聚丙烯熔滴在强电场中的形变模拟
    3.1 引言
    3.2 模型与模拟细节
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 电场强度对熔滴偶极矩的影响
        3.3.2 电场强度对熔滴形状的影响
        3.3.3 电场强度对熔滴尺寸的影响
        3.3.4 电场强度对熔滴微观结构的影响
    3.4 小结
第四章 聚丙烯熔滴与电荷间的相互作用模拟
    4.1 引言
    4.2 模型与模拟细节
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 吸附量的确定方法
        4.3.2 阴离子吸附
        4.3.3 阳离子吸附
        4.3.4 电子吸附
    4.4 结论
第五章 聚丙烯可极化粗粒度模型的构建
    5.1 引言
    5.2 温度可迁移的聚丙烯粗粒度模型
        5.2.1 聚丙烯的常规粗粒度模型
        5.2.2 温度可迁移粗粒度模型构建方法
        5.2.3 链节A间对势参数的确定
        5.2.4 链节C间对势参数的确定
        5.2.5 链节A与C间对势参数的确定
        5.2.6 链节B间对势参数的确定
        5.2.7 链节B与C间对势参数的确定
        5.2.8 链节A与B间对势参数的确定
        5.2.9 聚丙烯粗粒度链节对势参数的验证
    5.3 聚丙烯可极化粗粒度模型的构建
        5.3.1 Drude可极化粗粒度模型框架
        5.3.2 聚丙烯可极化粗粒度模型参数的确定
        5.3.3 模型的验证
    5.4 小结
第六章 电场驱动电子在聚丙烯熔体中迁移的研究
    6.1 引言
    6.2 模型与模拟细节
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 电子在熔体中的扩散行为
        6.3.2 电子在熔体中受电场驱动的迁移行为
        6.3.3 电子在聚丙烯纳米流体中受电场驱动的迁移行为
    6.4 结论
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件



本文编号：3875296