24666.納米通道中高聚物熔體流動(dòng)分子動(dòng)力學(xué)模擬

1、碩士學(xué)位論文納米通道中高聚物熔體流動(dòng)分子動(dòng)力學(xué)模擬MolecularDynamicsSimulationofPolymerMeltsFlowinNanochannel國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(NO5l175060)國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973項(xiàng)目)子課題(NO2012CB025905)學(xué)21104031完成日期：2Q!壘Q52Q大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著科學(xué)技術(shù)的

2、發(fā)展，自然科學(xué)和工程技術(shù)正朝著微型化和納米化方向邁進(jìn)。微／納電子機(jī)械系統(tǒng)和微／納流體系統(tǒng)技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)、電子信息技術(shù)及生物工程等領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景。但受微尺度因素影響，微小尺度零件的成形制造和微納流體流動(dòng)的許多理論和技術(shù)問(wèn)題，尚未得到有效解決。尤其是對(duì)微納尺度通道中非牛頓性高聚物熔體的流動(dòng)行為和流場(chǎng)中的分子鏈結(jié)構(gòu)形態(tài)變化規(guī)律及其影響因素的微觀作用機(jī)理，還缺乏全面的了解和深刻的認(rèn)識(shí)。這是影響微納系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展和微流體器件應(yīng)用的關(guān)鍵

3、核心問(wèn)題。因此研究微納尺度通道中長(zhǎng)鏈高分子流體的微觀流動(dòng)行為，探索流場(chǎng)中不同因素對(duì)長(zhǎng)鏈分子運(yùn)動(dòng)形態(tài)的作用機(jī)理，揭示微納尺度流體的流動(dòng)規(guī)律，對(duì)促進(jìn)微納系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文在全面了解微納尺度流體流動(dòng)理論和應(yīng)用技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)高聚物分子在微納尺度通道中的流動(dòng)行為及不同影響因素的作用關(guān)系，依據(jù)高聚物流變理論，采用分子動(dòng)力學(xué)方法和珠簧鏈模型，模擬了長(zhǎng)鏈高分子在納米尺度通道中的泊肅葉流動(dòng)行為。著重研究了光滑通道中的分子鏈長(zhǎng)度、

4、外部驅(qū)動(dòng)力、邊界作用參數(shù)、通道高度及熔體溫度，對(duì)高聚物分子流動(dòng)特性的影響關(guān)系；通道表面粗糙度對(duì)高聚物流動(dòng)特性的影響；超聲波作用場(chǎng)對(duì)高聚物流動(dòng)過(guò)程的促進(jìn)作用。通過(guò)統(tǒng)計(jì)聚合物速度場(chǎng)信息、聚合物單體空間分布信息、聚合物流動(dòng)輸運(yùn)信息、聚合物結(jié)構(gòu)改變信息，分析了聚合物在納米通道流動(dòng)過(guò)程中動(dòng)態(tài)特性和結(jié)構(gòu)特性。光滑通道中分子鏈長(zhǎng)度、外部驅(qū)動(dòng)力、邊界作用參數(shù)、通道高度及熔體溫度對(duì)聚合物流動(dòng)特性影響的研究結(jié)果表明：①聚合物鏈長(zhǎng)度增加，聚合物的擴(kuò)散能力增加

5、，分子鏈的回轉(zhuǎn)半徑不斷增加，取向稍許增強(qiáng)；②外部作用力對(duì)流動(dòng)的速度場(chǎng)影響明顯，隨著驅(qū)動(dòng)力力增加，流體處在不同的運(yùn)動(dòng)區(qū)域(分子自由震蕩區(qū)、耦合區(qū)、驅(qū)動(dòng)力主導(dǎo)區(qū))，聚合物的擴(kuò)散能力變強(qiáng)，分子鏈的回轉(zhuǎn)半徑變大，取向變強(qiáng)。③對(duì)于親水性壁面，聚合物流動(dòng)速度減小，并且壁面滑移現(xiàn)象可能消失，親水性壁面不利于聚合物的擴(kuò)散。④通道高度對(duì)聚合物分子形態(tài)有顯著的影響，在分子鏈回轉(zhuǎn)半徑大于通道寬度時(shí)，分子鏈處于被擠壓的狀態(tài)。⑤納米尺度中對(duì)于珠簧模型鏈的聚合物熔