石墨烯/聚乙烯复合材料致密区间密度变化的分子动力学模拟

石墨烯增强复合材料的性能受到粘结界面,致密区间等多种因素的影响。如果没有考虑到这些因素的影响,在分析石墨烯增强复合材料时可能会导致错误的结果。本文采用分子动力学模拟的方法进行石墨烯/聚乙烯复合材料致密区间密度变化的分析。首先对聚乙烯晶胞进行分子动力学计算,得到的聚乙烯晶胞密度为0.95 g/cm3,与聚乙烯实际密度吻合,然后运用该计算步骤进行石墨烯/聚乙烯复合材料的分子动力学模拟,最后通过切片的方法得出聚乙烯基体密度的变化趋势。模拟计算结果表明,石墨烯/聚乙烯复合材料的聚乙烯基体在石墨烯的作用下出现了致密的现象,在石墨烯两侧存在对称的致密区间,并且在石墨烯和聚乙烯之间存在范德华(Van der Waals)间隙,间隙的厚度为0.28 nm。致密区间中,远离石墨烯的聚乙烯密度为0.95 g/cm3,与常温常压下聚乙烯的密度一致;接近石墨烯的聚乙烯的密度出现1.5 g/cm3的峰值,是常温常压下聚乙烯密度的1.6倍。

温度影响石墨烯/沥青复合材料界面微结构特征的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了温度对石墨烯/沥青复合材料界面微结构特征的影响。选取沥青的4组分模型,进行分子动力学模拟,得到合理的沥青玻璃化转换温度。然后加入石墨烯,共同搭建石墨烯/沥青复合材料模型并进行分子动力学模拟。在此基础上,基于复合材料切片的相对浓度,定义界面区间的范德华间隙和致密区间。根据复合材料相对浓度曲线,计算得到范德华间隙厚度,然后采用统计学方法,得到沥青基体累计浓度以及一阶导数的曲线,计算得到致密区间厚度。在各种温度条件下,通过分子动力学模拟得到石墨烯/沥青复合材料界面区间范德华间隙和致密区间的厚度。研究结果表明,温度对致密区间厚度影响较小,而对范德华间隙厚度影响较大;并且在玻璃化转换温度之前随着温度升高范德华间隙厚度波动下降,玻璃化转换温度之后随温度升高范德华间隙厚度逐步增大。