碳纳米管/石墨烯填充聚合物导热复合材科的分子动力学模拟

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:KurtJohns
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实验研究导热复合材料花费高、耗时久;从数值模拟出发,探索导热复合材料的热导率具有重要的理论和实践价值。本文采用分子动力学方法,建立聚二甲基硅氧烷(PDMS)链模型、碳纳米管(CNT)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)和石墨烯(GNP)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合模型,从理论上对PDMS链以及CNT/PDMS复合结构和GNP/PDMS复合结构的热导率进行研究,主要研究内容如下:建立分子动力学分析的研究路径,结合选定的势函数,获取分子动力学计算的数据文件。根据研究目标,选用合适热导率计算方法,编写分子动力学计算的脚本文件。对分子动力学结果进行平均化处理,获得模拟体系的热导率。建立PDMS链模型,研究时间步长、温度、链长度和链数量对PDMS链热导率的影响。确定时间步长为0.25飞秒(fs),研究PDMS链热导率在温度为300K到400K之间时的变化趋势,以及与链长度和数量的相关性。建立CNT/PDMS复合模型,设计了一种对齐排列的单壁碳纳米管/PDMS复合结构。基于PDMS链的研究结果,选取合适的参数,研究PDMS链的位置、温度以及碳纳米管内部PDMS链的数量对复合模型热导率的影响。结果发现,在120K到210K的低温条件下,复合模型的热导率随着温度的升高而降低,而在一定管径的碳纳米管内放置不同数量的PDMS链,复合模型热导率呈现不同的变化趋势。建立GNP/PDMS复合模型,设计了一种对齐排列的石墨烯/PDMS复合结构。通过研究分析,选定合适的参数之后,当温度从120K升高到210K时,GNP/PDMS复合结构的热导率逐渐减小;另外,发现复合模型的热导率与PDMS链的数量成正比,但当数量相同时,PDMS链放置在一侧比均匀放置在两侧时复合模型的热导率要高。
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