近年来,纳米颗粒的研究成为学术界的研究热点,目前高聚物领域的三分之一以上的研究都聚焦于纳米颗粒高聚物复合材料。制备高质量的高聚物复合材料,其难点在于将纳米颗粒与高聚物在流变作用下有效复合。由于高聚物分子的分子量巨大,当前的实验很难高效地进行规律性的研究;困于尺度上的限制,分子尺度上的仿真很难实现。对于流变过程中碳纳米管高聚物复合材料的碳纳米管分散和顺直程度的研究是成形过程中的关键性问题。对于此,耗散粒子动力学介观模拟有着其独特的优势,可以有效地弥补宏观和微观模拟的不足。主要体现在:a.建模简易,可以利用经典的分子动力学模型和势函数;b.参数化复合材料组成元素的相溶性;c.仿真尺度大;d.工具成熟,可以借助于大尺度并行计算软件LAMMPS,Materials Studio等。本论文在耗散粒子动力学方法的基础上,成功建立了碳纳米管复合材料的介观模型,进行了流变下碳纳米管分散和顺直程度的仿真计算,并探讨了流变作用形成的复合材料的导热过程的模拟。主要研究成果如下:1.从介观上得到了碳纳米管高聚物复合材料的分散和顺直的形貌,提出分散概率和平均角度的概念定量地分析了碳纳米管的分散程度和顺直程度。建立了高聚物和碳纳米管的粗粒化模型。其中,高聚物粗粒化为有限可伸展非线性弹性粒子链,碳纳米管粗粒化为由三元环组成的柱状粒子管。建立了流变模型。采用反转泊肃叶流对体系施加剪切力流场,简化了仿真过程中的周期性边界条件。通过对这种流变下高聚物粘度的计算,证明此流变模型能够有效地反映高聚物流变属性。在此基础上,提出分散概率和平均角度对碳纳米管分散和顺直程度进行标定,有效地测量了仿真体系的分散和顺直程度。2.流变作用下,碳纳米管倾向于分布在水流速度较大的区域。对碳纳米管表面作功能化处理能有效地提高碳纳米管分散度,适当的施加剪切应力也利于碳纳米管在高聚物中的分散。增大碳纳米管长度和体积分数都有助于提高顺直度。对于较长的碳纳米管,持续地增大碳纳米管体积分数,在分散很好的情况下,其顺直度会有持续显著地提高。对于较短的碳纳米管,随碳纳米管体积分数增大,顺直度没有非常明显的提升。3.通过Navier-Stocks能量守恒方程,运用平滑粒子流体动力学建模,首次实现了介观上碳纳米管高聚物复合材料的导热过程的仿真。考虑分散度,体积分数,碳纳米管长度,高聚物链长对热导的影响,对不加流场形成的复合材料和施加流场后形成的复合材料进行了热导计算。对于施加流场形成的复合材料,比较了其顺着流场方向和垂直流场方向的上的热导。4.碳纳米管复合材料的热导率随碳纳米管体积分数成二次增长,随碳纳米管长度成对数增长。提高顺直度较好的碳纳米管的体积分数,分散度,长度对提高顺直方向上的热导率是非常有效的。高聚物链长增大会引起分散度的减小,从而降低热导。