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聚酰亚胺/二氧化硅杂化材料结构与性能的分子动力学模拟研究

DOI：10.1002/app.47335 期刊：Journal of Applied Polymer Science 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 通过四乙氧基硅烷分子（TEOS）的脱水反应及与硅烷偶联剂的键合，建立了一种聚酰亚胺/二氧化硅（PI/SiO?）共聚物模型。通过调节与TEOS结合的分子数量控制SiO?含量，最终将二氧化硅与小分子嵌入聚酰亚胺形成杂化模型（杂化PI/SiO?）。经几何优化和分子动力学模拟后，分析了该模型结构、杨氏模量、剪切模量及玻璃化转变温度（Tg）的变化。结果表明：在聚酰亚胺中掺杂SiO?可提高复合材料的密度和内聚能密度；PI/SiO?杂化材料的杨氏模量与剪切模量均高于未掺杂聚酰亚胺；当掺杂量为9%时，拉伸强度达到568.15 MPa。因此，SiO?的结构设计与含量控制是提升PI/SiO?复合材料性能的有效途径。该杂化复合材料的Tg变化及拉伸强度变化趋势与实际实验合成的PI/SiO?复合材料一致，这将为新材料设计与性能预测提供便捷方法。? 2018 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2018, 136, 47335.
作者： Jiaqi Lin，Yang Li，Wenlong Yang，Xinmei Liu，Wei Huang，Yu Wang，Hongguo Sun
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用分子动力学模拟研究聚酰亚胺/二氧化硅杂化材料的结构与性能，重点分析SiO2掺杂含量对力学和热力学性质的影响。

研究成果

研究表明，通过化学键合将SiO2嵌入聚酰亚胺（PI）中可提升材料力学性能（如杨氏模量、剪切模量，9%掺杂量时拉伸强度高达568.15 MPa），并增加密度与内聚能密度。玻璃化转变温度（Tg）和拉伸强度的变化趋势与实验结果一致，验证了分子动力学模拟作为混合复合材料设计与性能预测的有效工具。

研究不足

该模拟可能无法完全捕捉现实中的所有复杂因素，例如模型结构中化学键合的精确能量计算、因分子链柔性和氢键效应导致的玻璃化转变温度（Tg）预测偏差，以及各向同性属性假设（该假设可能不适用于所有复合材料结构）。

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