链刚性和剪切场对纳米棒在纳米复合体系中分布和取向的影响

李丰庆，何林李

（温州大学 数理学院 物理系，浙江 温州 325035）

由不同形状的纳米粒子组成的聚合物纳米复合材料（PNCs），因其各项性能均较纯聚合物材料有显著提高，引起了人们的极大兴趣。特别是各向异性纳米棒分散至聚合物基质中时可增强其电学、光学、磁学、机械等性能［1-4］。最大的挑战是如何确保纳米棒均匀分散于聚合物材料。计算机模拟方法对人们理解PNCs 复杂体系起了举足轻重的作用［5］，同时施加剪切场也被证明是阻止纳米填料聚集的有效手段［6］。MA 等［7］用粗粒化分子动力学模拟方法研究了剪切场下PNCs 导电率的变化，发现剪切场能有效改善纳米棒的分散状态，大大提高PNCs 的导电率。GAO 等［8］发现，当向具有一定刚性的聚合物链施加剪切场时，在剪切场诱导下的高分子链更容易引导纳米粒子的分散行为。本文用分子动力学模拟（molecular dynamics simulations，MD）方法探究高分子链与纳米棒间的相互作用、链刚性、剪切场等因素对纳米棒分布和取向的影响。在弱相互作用下，纳米棒趋于聚集状态，通过调控高分子链的刚性和施加剪切场可提高纳米棒在聚合物基体中的分散程度和取向度。本文旨在探究在保留填料固有属性的前提下，剪切场在减缓或阻止纳米棒聚集中的作用，以便更好地控制纳米棒的有序排列。

1 模型与模拟方法

采用分子动力学模拟方法研究高分子链/纳米棒复合体系，模拟体系由纳米棒和线形高分子链构成。其中高分子链采用标准的珠粒弹簧模型，体系中高分子链为2 070 条，每条高分子链由10 个直径和质量分别为σ和m的单体组成。……