激光诱导预氧化PAN炭化的反应分子动力学模拟

作     者：姚良博 杨卫民 谭晶 程礼盛 YAO Liang-bo;YANG Wei-min;TAN Jing;CHENG Li-sheng

作者机构：北京化工大学机电工程学院北京100029 

出 版 物：《新型炭材料》 (New Carbon Materials)

年 卷 期：2020年第35卷第2期

页      面：176-183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）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(51602015) 

主　　题：激光 炭纤维 聚丙烯腈 炭化 反应分子动力学模拟 

摘      要：聚丙烯腈(PAN)分子向类石墨结构的转变过程在PAN基炭纤维的炭化过程中起着关键作用,研究激光诱导PAN分子的炭化过程对于进一步认识激光诱导PAN基炭纤维炭化机理有很大帮助。本文利用反应分子动力学方法模拟研究在2500 K下,激光诱导预氧化PAN分子炭化过程与传统热处理诱导炭化的差异,分析了两种热处理方法过程中体系的能量变化、化学反应速率、原子波动状态及原子受力情况。结果表明,激光诱导过程由于激光具有使物体快速升温的特性,给辐射的炭纤维带来一定的热冲击应力,致使纤维内部原子波动加剧,活性原子数量增加,原子活性增大,与周边原子发生碰撞和化学反应的几率增大,从而促进石墨结构的形成。使用ReaxFF反应力场研究PAN分子的炭化过程,可以提供详细的反应分子动力学过程,有助于理解炭化过程中石墨结构的形成机理,同时也表明激光辐照PAN基炭纤维能得到更好的炭化效果。