聚合物基纳米复合材料力学性能模拟计算开题报告

1. 研究目的与意义

聚合物基纳米复合材料综合了有机物与无机物各自的优点，能够在力学、热学、光学和生物学等多个应用方面都表现出优异的性能。

对聚合物基纳米复合材料的力学性能的研究，主要包括实验测试方法、理论分析方法和数值模拟方法。

目前对于聚合物基纳米复合材料力学性能的研究有很多，大多数是通过实验方法得到的。

2. 课题关键问题和重难点

通过文献阅读及分析，当前使用materials studio在聚酰亚胺的模拟中存在以下几个难点：

1，模型的搭建是进行分子模拟计算的基础，搭建 的模型将会直接影响模拟计算能否进行或计算结果的准确性。

2，通过吸附等温线可以了解材料的吸附特性，如吸附量、固体表面状态和孔结构等。但现有的力场参数不能准确反映所研究体系的性质

3. 国内外研究现状（文献综述）

聚酰亚胺( PI) 是一类以酰亚胺环为特征结构的芳杂环聚合物，是迄今为止工业上应用耐热等级最高的聚合物材料之一， 它在极宽的温度范围内，具有优异的性能，被广泛应用于航空、 航天、核电和微电子领域。但它也存在一些不可忽视的问题，如在微电子方面吸水性和热膨胀系数不能满足要求等。目前，提高 PI 综合性能的主要途径是改性。应 用 Materials Studio 来模拟单链聚酰亚胺的分子动力学行为。对两 种结构的聚酰亚胺( M-PI 和 O-PI) 进行研究，在 300 K 和 600 K 下对体系单链的动力学行为进行模拟，得到协同环旋转主要是同相旋转而协同链段扭转则主要是异相扭转，M-PI 的协同链段 扭转要比 O-PI 的更活跃。杨红军、殷景华、雷清泉采用 MS 分子模拟技术，系统地模拟了掺杂纳米 α-Al2O3 和 SiO2 聚酰亚 胺复合材料的结构和性能。结果表明: PI 具有近程有序而远程无序的三维非晶形结构，元胞的形状接近立方体; 纳米 α-Al2O3 比 SiO2 掺杂 PI 改性效果好，纳米掺杂引起了聚酰亚胺结构、晶体类型和性能的改变。Materials studio 作为很有应用前途的分子模拟软件已经被 充分认识，在高分子领域的应用正不断扩大。因为通过分子模 拟技术来设计和改性高分子材料，可以缩短实验周期，提高效率 并节约成本，减少人为造成的数据和分析误差。所以有理由相 信计算机分子模拟技术必将逐步取代传统的实验手段，广泛应 用于生物、化工和材料领域的开发和研究

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4. 研究方案

四、方案（设计方案、研制方案、研究方案）设计及论证课题名称：聚合物基纳米复合材料力学性能模拟计算

课题研究的目的及意义：针对如何对聚合物基纳米复合材料力学性能模拟计算的现状进行实验研究，结合所存在的问题与不足得到有效的改进方法，依据已有的理论及实验数据，

课题研究目标：1.通过文献检索、分析已有的关于ms的成果，总结分子模拟实验的准确性，思考开展实验的思路。2.制定聚酰亚胺分子模拟实验的目标和方案，确定实验基本理论和步骤。3.完成相应的实验并得出结论。

5. 工作计划

五、工作计划（一）准备阶段1.2022年11月1日至11月30日，查阅收集文献资料，实际研究思路，确定论题，准备开题报告。

2.2022年12月1日至2023年2月4日，整理文献资料，完成任务书及开题报告。

3.2023年2月5日至2023年5月，再次查阅文献，完成实验研究，记录分析实验数据，总结实验结果。