界面氢键对受限水结构和动态特性的影响

应用反应力场分子动力学方法,模拟了水限制在全羟基化二氧化硅晶体表面间的弛豫过程,研究了基底表面与水形成的界面氢键,及其对受限水结构和动态特性行为的影响.当基底表面硅醇固定时,靠近基底表面水分子中的氧原子与基底表面的氢原子形成强氢键,这使得靠近表面水分子中的氧原子比对应的氢原子更靠近基底表面,从而水分子的偶极矩远离表面.当基底表面硅醇可动时,靠近基底表面水分子与基底表面原子形成两种强氢键,一种是水分子中的氧原子与表面的氢原子形成的强氢键,数量较少,另一种是水分子中的氢原子与表面的氧原子形成的强氢键,数量较多,这使得靠近表面水分子中的氢原子比对应的氧原子更靠近表面,从而水分子的偶极矩指向表面.在相同几何间距下,当基底表面硅醇可动时,表面的活动性使得几何限制作用减弱,导致了受限水分层现象没有固定表面限制下的明显.此外,固定表面比可动表面与水形成的界面氢键作用较强,数量较多,导致了可动表面限制下水的运动更为剧烈.

基于界面氢键结构的石墨烯/聚合物复合材料的阻尼性能

提出在石墨烯/聚合物复合材料内构筑界面氢键结构,利用氢键的动态可逆性和断裂/再生过程中的能量耗散可显著提高复合材料的阻尼性能。对石墨烯和聚(苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SEBS)进行接枝改性,引入氢键单元从而在石墨烯/SEBS复合材料的界面构筑了多重氢键结构。研究了这种复合材料的循环拉伸以及动态力学性能。结果表明,这种复合材料的弹性模量、滞后损耗、阻尼因子比SEBS分别提高165%、237%和42%。强度和阻尼性能的显著提高,主要归因于复合材料组元间界面氢键的相互作用、高效应力传递、以及氢键可逆断裂/再生过程中显著的能量耗散。