高分子复合材料介观结构与宏观力学性质的模拟与关联

This project aims to establish a method capable of simulating both the mesostructures and mechanical properties of polymer composites such as polymer blends and polymer-matrix nanocomposites. The expected outcome will be a combination of Monte Carlo method, whose basic theories are the bond fluctuation model and vacancy diffusion algorithm, and the lattice spring model, which is specializing in the analysis of the mechanical properties of heterogeneous materials. By importing viscoelasticity component into the lattice spring network, the processing history of a certain material can be traced and compared with the experimental results afterwards. Overall, the establishment of the simulating method is particularly promising and instructive in molecular design of composite materials.

以高分子共混物和纳米颗粒增强高分子复合材料为模型体系，结合基于键长涨落与空穴扩散算法的蒙特卡洛模拟和计算非均相材料宏观力学性质的格子弹簧网络方法，通过在格子弹簧网络中引入高分子的粘弹性，建立能连续模拟复合材料的介观结构和宏观力学性质的模拟方法，并将模拟结果与实验结果进行对照。本项目开发的计算机模拟方法及研究成果对于复合材料的分子设计有重要的参考价值。

以高分子复合材料为研究对象，结合基于键长涨落与空穴扩散的蒙特卡洛方法和计算非均相材料宏观力学性质的格子弹簧模型模拟，通过在格子弹簧网络中引入高分子的粘弹性，建立了能连续模拟高分子复合材料的介观结构和宏观力学性质的模拟方法，并自行编制了计算程序。采用粘弹性格子弹簧模型数值模拟了多孔弹性材料、纳米颗粒增强的高分子复合材料、高分子共混材料的粘弹性力学性质和破裂行为，同时采用实验手段研究了纳米颗粒增强高分子复合材料的增强机制与宏观力学行为，并与模拟结果进行对照。为拓展研究领域，本项目还对聚合物辅助制备碳基催化材料的制备方法及氧还原催化性能进行了大量的实验研究。.本项目建立了能连续模拟高分子复合材料介观结构和宏观力学性质的数值模拟方法，并初步实现计算机模拟结果与实验结果的对照，为高分子复合材料的分子设计提供重要的参考依据。受本项目资助，累计发表科研论文13篇，其中SCI收录11篇；培养博士研究生3名，硕士研究生3名。