纖維素-二氧化硅納米復合材料的分子動力學模擬研究.pdf

1、有機-無機雜化材料的功能化是現(xiàn)代材料發(fā)展的趨勢，這使得有機-無機雜化材料成為了復合材料家族中最耀眼的明星。由于纖維素具有無污染、資源豐富、物理化學性質穩(wěn)定等特點，可將它改性制成無機納米粒子/纖維素復合材料，這種材料兼具纖維素、無機粒子的優(yōu)點，是近些年纖維素材料的研究熱點。高分子材料中加入納米二氧化硅粒子通常會提高了材料的力學強度、韌性、耐磨性和耐老化性等。纖維素作為一種天然的高分子聚合物摻雜了二氧化硅納米粒子形成的復合材料預計將在在結合

2、力、結合強度、力學性能、熱學性能等都有顯著改善。而兩項界面之間的多樣性的結構和界面作用強弱會影響到材料的物理化學性能。本文運用分子模擬的方法來研究纖維素/二氧化硅納米復合材料的微觀結構、界面作用以及熱學性能，主要研究內容包括以下三個部分：
　　 ⑴以LbL法制得的纖維素-二氧化硅復合材料SEM 圖為依托，構建了5個不同晶格面積的二氧化硅晶面和一條低聚合度的纖維素分子鏈，以及它們的雙層結構模型；計算了復合體系的界面作用，分析了影響

3、界面作用的主要因素，說明了二相之間能形成很好的界面，有利于二氧化硅納米顆粒摻雜到纖維素分子中。
　　 ⑵以本課題組利用Sol-gel法非均相制得的纖維素-二氧化硅復合材料TEM 圖為依托，構建了3個不同粒徑納米二氧化硅和纖維素分子鏈的包覆結構模型，分別計算了三個復合體系的界面作用，通過RDF分析發(fā)現(xiàn)復合體系的4個特征尖峰較純纖維素的吸收峰要弱，分析得知由于纖維素與二氧化硅之間的弱相互作用促使纖維素分子間氫鍵斷裂，導致各吸收峰減弱

4、。另外，通過均方位移分析了三個復合體系中纖維素鏈的運動性由高到低依次是Cellulose/SiO2-1 >Cellulose/SiO2-2 > Cellulose/SiO2-3，這說明表面羥基化了的二氧化硅納米粒子的嵌入使得體系的微觀結構發(fā)生了變化，高分子鏈的運動性也發(fā)生了變化。這種變化勢必會影響到復合材料的一些性能，對復合材料力學性能及熱學性能的研究具有一定的意義。
　　 ⑶利用2中建立的纖維素包覆二氧化硅的模型計算了復合材料