PI-Al-,2-O-,3-和PI-SiO-,2-納米復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)與性能模擬.pdf

1、聚酰亞胺(PI)/無(wú)機(jī)納米顆粒雜化材料具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)及熱學(xué)性能，已成為材料科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于無(wú)機(jī)納米顆粒SiO<,2>，Al<,2>O<,3>雜化PI薄膜的研究大多采用實(shí)驗(yàn)方法，需要大量人力和物力，研究成本高。采用計(jì)算機(jī)模擬方法，可以預(yù)測(cè)PI、PI/Al<,2>O<,3>和PI/SiO<,2>體系能量組成、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)、X射線衍射譜等，有助于在原子及分子層次基礎(chǔ)上對(duì)分子設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)，縮短實(shí)驗(yàn)周期，提高效

2、率并節(jié)約成本。本文采月Materials Studio 3.0軟件并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的方法研究無(wú)機(jī)納米SiO<,2>、Al<,2>O<,3>顆粒雜化PI薄膜結(jié)構(gòu)與性能具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用前景。 采用XRD和SAXS研究杜邦PI摻雜薄膜的結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，PI是一種無(wú)定型結(jié)構(gòu)，無(wú)機(jī)納米雜化PI薄膜含有A1<,2>O<,3>相，其衍射峰顯示Al<,2>O<,3>納米顆粒結(jié)晶性較好，顆粒尺寸小，導(dǎo)致Al<,2>O<,3>

3、相衍射峰寬化。SAXS和分形分析從二維和三維空間印證了杜邦摻雜PI薄膜具有很好的自相擬分形特征，屬于擴(kuò)散限制聚合模型(DLA)，.是表面分形和各向異性的。采用TEM觀察杜邦摻雜PI薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，Al<,2>O<,3納米顆粒為球狀，其尺寸與SAXS方法計(jì)算回旋半徑相吻合，約為3nm。 利用MS3.0軟件設(shè)計(jì)了八種PI封裝模型，模擬結(jié)果顯示：PI封裝模型的最終密度相近，比初始下降了約10[％]；內(nèi)聚能密度和溶度參數(shù)接近于PI的理論

4、值；元胞參數(shù)相近，結(jié)構(gòu)是各向同性的，是一種近程有序、遠(yuǎn)程無(wú)序的三維非晶型結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)PI/Al<,2>O<,3>和PI/SiO<,2>納米復(fù)合薄膜“三明治”結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)優(yōu)化和X射線衍射模擬。模擬顯示：在(012)晶面，6nm×4nm范圍內(nèi)，隨著納米顆粒超晶格尺寸增大，PI/Al<,2>O<,3>結(jié)合能增加，PI/SiO<,2>體系結(jié)合能變?。簯覓煸冢瓵l<,2>3和SiO<,2>(012)晶面上的H原子對(duì)體系總能量及