聚合物结晶一直是高分子物理和高分子材料领域研究的热点。与没有晶体结构的聚合物材料相比,晶体结构可以帮助聚合物材料承受更大的载荷,并赋予它们更高的机械性能,所以可以通过控制聚合物晶体形态来提高半结晶高分子材料的物理性能。一般来说,调控聚合物晶体形貌的有效途径有以下两种:首先,通过剪切或拉伸作用导致取向结晶形貌的出现,使半结晶聚合物材料的力学性能得到显著改善;其次,向聚合物中填充纳米填料,如碳纳米管（CNT）或石墨烯,也可引起聚合物结晶度的提高或者晶体形貌的改变,从而实现聚合物材料力学性能的显著提高。本文将围绕拉伸对纯聚乙烯（PE）体系以及CNT/PE纳米复合材料体系的结晶过程,利用分子动力学模拟方法从分子尺度去探究拉伸影响下的聚合物体系中微观结构的演变过程,尤其是前驱体的形成过程及结晶成核过程,阐明相关结构的形成机理,为设计和制备出高强度高韧性的聚合物纳米复合材料打下坚实的基础,另一方面相关的研究结果也可以丰富人们对复杂又独具魅力的非平衡态相变的理解。具体研究包括以下几个方面:1.拉伸诱导纯PE体系结晶过程的分子动力学模拟研究。在600 K下,将熔融状态的纯PE体系拉伸到不同应变（应变分别为1、2、3和4）状态,然后将不同应变的聚合物体系分别淬火到低温下进行等温结晶。该体系由100条PE链组成,每条分子链包含有200亚甲基（记为C200）,采用计算机模拟的方法进行研究。研究发现拉伸导致PE链整体沿着拉伸方向发生取向,并且局部构象发生从旁氏（gauche）构象向反式（trans）构象的转变。然后,取向一致的反式构象的链段在局部区域进一步聚集并形成前驱体。在结晶过程中,早期结晶成核形成的晶粒大多数来自于前驱体。此外,应变的大小直接影响晶体成核过程,在低应变时,成核方式更倾向分子内的折叠链式成核;在高应变时,倾向于分子间的平行排列成核。并且结晶度在体系应变为4时高达0.44约为应变1时的两倍。本章的模拟结果可以为拉伸诱导聚合物结晶成核的形成机理提供一些新的理解,并为聚合物晶体形貌的调控提供相关理论指导。2.拉伸诱导CNT/PE纳米复合体系的分子动力学模拟研究。在600 K下将复合体系拉伸到不同的应变状态（应变分别为0、1、2和3）,然后将不同应变的复合体系分别淬火到低温下进行等温结晶。该体系由200条PE链（C200）和4根CNT（7,7）所组成,CNT长度为36.89?。研究发现,在拉伸过程中,除了聚合物链段外,CNT也会沿着拉伸方向发生取向,其取向度可达0.95。此时,CNT表面附近区域内的聚合物受到两种诱导取向的效应:CNT诱导界面处的链段取向和拉伸诱导链段取向,这就造成CNT附近的链段具有更高的取向,且反式构象的含量也更高。因此,处于复合体系中界面区域内的链段更容易演变成前驱体及发生结晶成核。最终应变为3时复合体系的结晶度约为0.55,而不拉伸体系只有0.3。本章的模拟结果揭示了聚合物纳米复合材料的增强增韧机理,并为聚合物纳米复合材料晶体形貌的调控提供相关的理论指导。3.CNT/PE纳米复合体系中CNT含量对拉伸诱导结晶行为影响的分子动力学模拟研究。本部分工作中一共建立了5组CNT含量不同（分别为1、2、4、8和16根,对应的质量分数分别为1.8%、3.5%、6.7%、12.6%和22.3%）的初始模型,CNT长度为73.78?。研究发现体系中CNT数量越多经过拉伸过程后形成的前驱体也越多,导致在低温下等温结晶阶段初期,结晶速率会随着CNT含量的增加表现出上升的趋势,但是结晶完成后体系中的结晶度反而会随着CNT含量的增加呈现出先增大后减小的规律。同时发现CNT含量较多的体系中产生的晶体尺寸较小。本章的模拟结果揭示了不同含量的纳米填料复合体系中聚合物的成核微观机理,为今后制备出高性能纳米聚合物复合材料提供理论指导。