聚酰亚胺/功能化石墨烯复合材料力学性能及玻璃化转变温度的分子动力学模拟

作     者：杨文龙 韩浚生 王宇 林家齐 何国强 孙洪国 Yang Wen-Long;Han Jun-Sheng;Wang Yu;Lin Jia-Qi;He Guo-Qiang;Sun Hong-Guo

作者机构：哈尔滨理工大学应用科学学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室哈尔滨150080 广西大学材料科学与工程学院有色金属及特色材料加工国家重点实验室培养基地南宁530004 中国科学院长春应用化学研究所高分子复合材料工程实验室长春130022 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2017年第66卷第22期

页      面：257-265页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0704[理学-天文学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 

基　　金：国家自然基金(批准号:61372013) 黑龙江省自然科学基金(批准号:E201258)资助的课题~~ 

主　　题：聚酰亚胺 石墨烯 分子动力学模拟 玻璃化转变温度 

摘      要：应用分子模拟方法,建立了聚酰亚胺(polyimide,PI),石墨烯及羧基、氨基、羟基功能化石墨烯模型,探究了聚酰亚胺和石墨烯,聚酰亚胺和功能化石墨烯共混后复合材料的力学性能和玻璃化转变温度(T_g).研究结果表明,羧基修饰的石墨烯与PI复合后材料力学性能增加显著,其杨氏模量和剪切模量分别为4.946 GPa和1.816 GPa.不同官能团修饰的石墨烯引入PI后材料的T_g均有不同程度下降;未修饰的石墨烯与PI复合后,其T_g(559.30 K)较纯PI的T_g(663.57 K)降幅最大;而羧基修饰的石墨烯与PI复合后T_g(601.61 K)降幅最小.计算比较了PI/石墨烯复合材料体系密度、溶解度参数、相互作用能、弹性系数和氢键平均密度,研究发现羧基修饰石墨烯/PI复合材料的密度为1.396 g·cm^(-3),溶解度参数为23.51 J^(1/2)·cm^(-3/2),其相互作用能与氢键平均密度最大,弹性系数显示羧基修饰石墨烯与PI组成的复合材料内部最均匀.计算结果表明,羧基功能化石墨烯可以大幅度提高PI的力学性能,增强石墨烯与PI之间的相互作用可以减少复合材料T_g的降幅程度.此基体间相互作用的研究方法可以作为预测聚合物基纳米复合材料结构与性能的有效工具,以期为材料的设计与应用提供理论指导.