高分子纳米粒子复合物具有比传统高分子材料更加优异的光学、力学、热力学等性质,在各工程领域中都有广泛的应用。因此实现通过添加纳米粒子从而对高分子纳米复合材料进行可控地改性成为高分子纳米复合材料研究领域中的热点问题。影响纳米粒子高分子复合材料性质的主要因素有添加的纳米粒子的尺寸、形状、纳米粒子高分子基体之间的相互作用以及纳米粒子在高分子基体中形成的一系列复杂的自组装形貌。在纳米尺度上对纳米粒子影响高分子复合材料性质的机理的探究是近年来高分子纳米复合材料研究领域中的热点问题。随着计算机计算力的提升,分子模拟方法逐渐成为研究微观尺度下各种现象的重要工具,计算机模拟以其独特的优点,可以为实验工作提供丰富的定性、定量预测,同时也可以为分子原子尺度的动力学性质进行深入探究提供一个很好的方法。在本文工作中,我们对高分子纳米复合材料中纳米粒子的分散性以及玻璃态下高分子纳米复合物的力学性质进行了分子动力学模拟研究,研究包括:1.在纳米粒子表使用与高分子基体相同化学性质的高分子链进行修饰是调控纳米粒子在高分子基体中分散性的常见方法。在本工作中,我们对纳米粒子在不同的接枝链长/基体链长比、接枝密度条件下在高分子基体中的分散性进行了全面的模拟研究,利用我们定义的纳米粒子分散性度量参数,我们在接枝链长/基体链长比,接枝密度空间绘制了纳米粒子空间分散性的相图。同时,我们对长-短两分散接枝纳米粒子的自组装行为进行了模拟研究,在固定长接枝链在较低接枝密度以及高分子基体链/短链接枝链长比的条件下,在短链接枝密度、高分子基体链/长链比参数空间绘制了纳米粒子分散性相图。并通过相图研究了单分散以及两分散接枝纳米粒子在高分子基体中分散性的机理。2.使用两分散接枝方法使纳米粒子在高分子基体中达到较好的分散状态后,我们对两分散接枝纳米粒子分散体系在玻璃态进行了力学性质的研究。通过调整两分散接枝中短接枝链与高分子基体之间的相互作用,我们发现,在短接枝链与高分子基体链之间作用相亲和时,纳米粒子被短接枝链很好地屏蔽,体系应力-应变行为和纯高分子链类似。与之相对,当短接枝链与高分子基体之间相容性降低时,纳米粒子在拉伸过程中充当银纹引发剂的角色。在早期屈服前小形变时,高分子复合物会随着纳米粒子在空间中的均匀分布均匀地产生空穴,从而使高分子复合物变得柔韧。3.我们进一步对两分散接枝纳米粒子中短接枝链进行了设计,我们使用两嵌段高分子作为短接枝链,并调控了纳米粒子-嵌段接枝链里层组分之间的相互作用。在研究中,我们发现,与直接调控短接枝链-高分子基体链界面不同,改变纳米粒子-嵌段接枝链里层组分并不影响接枝链-高分子基体链之间的焓作用;由于接枝链-高分子基体之间的焓作用没有变化,各个体系之间屈服行为一致。但在降低纳米粒子-嵌段接枝链里层组分相互作用时,整个嵌段接枝链移动性上升、受限减少,柔软的短链接枝壳层引入的熵作用使体系在过屈服后应变软化过程中随拉伸形变产生空穴行为被有效地抑制,从而抑制复合物的应变软化现象,实现对材料的增韧。