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聚酰亚胺(PI)/无机纳米颗粒杂化材料具有优异的力学、电学、光学及热学性能,已成为材料科学研究的前沿领域。目前,国内外关于无机纳米颗粒SiO2,Al2O3杂化PI薄膜的研究大多采用实验方法,需要大量人力和物力,研究成本高。采用计算机模拟方法,可以预测PI、PI/Al2O3和PI/SiO2体系能量组成、聚集态结构及性质、X射线衍射谱等,有助于在原子及分子层次基础上对分子设计进行指导,缩短实验周期,提高效率并节约成本。本文采用Materials Studio 3.0软件并结合实验结果分析的方法研究无机纳米SiO2、Al2O3颗粒杂化PI薄膜结构与性能具有重要的理论意义和实际应用前景。采用XRD和SAXS研究杜邦PI掺杂薄膜的结构,结果表明,PI是一种无定型结构,无机纳米杂化PI薄膜含有Al2O3相,其衍射峰显示Al2O3纳米颗粒结晶性较好,颗粒尺寸小,导致Al2O3相衍射峰宽化。SAXS和分形分析从二维和三维空间印证了杜邦掺杂PI薄膜具有很好的自相拟分形特征,属于扩散限制聚合模型(DLA),是表面分形和各向异性的。采用TEM观察杜邦掺杂PI薄膜的微观结构,Al2O3纳米颗粒为球状,其尺寸与SAXS方法计算回旋半径相吻合,约为3nm。利用MS 3.0软件设计了八种PI封装模型,模拟结果显示:PI封装模型的最终密度相近,比初始下降了约10%;内聚能密度和溶度参数接近于PI的理论值;元胞参数相近,结构是各向同性的,是一种近程有序、远程无序的三维非晶型结构。设计PI/Al2O3和PI/SiO2纳米复合薄膜“三明治”结构模型,进行分子动力学优化和X射线衍射模拟。模拟显示:在(012)晶面,6nm×4nm范围内,随着纳米颗粒超晶格尺寸增大,PI/Al2O3结合能增加,PI/SiO2体系结合能变小;悬挂在Al2O3和SiO2(012)晶面上的H原子对体系总能量及结合能有明显影响;纳米Al2O3比SiO2掺杂PI改性效果好。纳米颗粒掺杂主要通过分子间作用力与PI相复合,纳米掺杂引起PI结构、晶体类型和性能的改变,起到了改性的目的。本文的研究结果对分析PI中纳米Al2O3和SiO2的掺杂机理具有理论指导意义。