Multiscale modelling of polymer structure and conformations in polymer nanocomposites: A Review
在过去的二十年里，聚合物纳米复合材料由于其与聚合物共混物相比的先进性能而受到工业界和学术界的极大关注。许多计算研究表明，聚合物纳米复合材料的宏观性能强烈依赖于微观聚合物结构和构象。在这篇文章中，我们回顾了模拟研究的基本问题的聚合物结构和尺寸的纳米复合材料含有裸露的球形或棒状纳米粒子。实验上，在聚合物基体中加入纳米颗粒是否会扰乱聚合物链存在争议。
2015-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymer Nanocomposites: synthesis and characterization
本章介绍了聚合物纳米复合材料（PNC）的基本性质及其特性，这些特性在决定其先进储能装置的能力方面起着重要作用。用于制备的聚合物电解质的各种合成方法进行了描述，随后由用于分析的表征技术。描述了聚合物主体、盐、纳米填料、离子液体、增塑剂和纳米粘土/纳米棒/纳米线的性质。重点介绍了纳米粒子在聚合物电解质中不同分散状态下的离子传输机理。总结了各种重要成果，并为实现经济和环境友好的未来可再生能源的梦想建立了一条途径。第一章的动机是集中在调查的作用，聚合物主机，纵横比，表面积，纳米粒子的形状和大小方面的提高PNC的电解/电化学性能。这将有助于为开发具有整体平衡性能的先进聚合物材料打开新的大门，以增强快速固态离子导体，这将彻底改变能量存储/转换器件技术。
2018-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic studies on nanocomposites obtained by functionalization of carbon nanotubes with conducting polymers
报道了基于单壁碳纳米管（SWNTs）和导电聚合物聚苯胺（PANI）和聚（3，4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT）的复合材料的振动特性。对于聚苯胺功能化的单壁碳纳米管，在178 cm-1的拉曼光谱带的强度增加，与径向呼吸模式的单壁碳纳米管束，表明由于聚合物的存在下的纳米管的额外的绳。该复合物与NH 4 OH溶液的相互作用涉及PANI和SWNTs之间的内部氧化还原反应。因此，聚合物链经历从半氧化态到还原态的转变。SWNT侧壁与PEDOT的功能化也被调用。
2009-05-05 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Nanoparticle Shape on Polymer-Nanocomposite Rheology and Tensile Strength
纳米粒子可以通过多种机制影响聚合物材料的性能。考虑到富勒烯，碳纳米管，粘土或石墨烯片纳米复合材料，我们研究颗粒形状如何影响熔体剪切粘度$η$和拉伸强度$τ$，我们通过分子动力学模拟确定。我们的模拟紧凑的（二十面体），管或棒状，片状模型纳米粒子的粘度$η$相对于纯熔体的数量级增加。这一发现显然不能用连续流体力学来解释，我们提供的证据表明，在我们的模型纳米复合材料中的$η$的增加有其起源于纳米颗粒之间的链桥。我们发现，这种增加是最大的棒状纳米粒子和片状纳米粒子最少。奇怪的是，随着链长$N$的增加和颗粒形状的各向异性，$η$和$τ$的增强表现出{ \it相反的趋势}。显然，单独的桥接链的概念不能占$τ$的增加，我们建议，片状纳米颗粒的可变形性或柔性有助于纳米复合材料的强度和韧性，通过降低复合材料的泊松比的相对值。我们的模拟点的纳米粒子形状的聚合物纳米复合材料的机械和加工性能的重大贡献。
2007-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Effect of morphology and defectiveness of graphene-related materials on the electrical and thermal conductivity of their polymer nanocomposites
在这项工作中，导电和导热的聚（对苯二甲酸丁二醇酯）纳米复合材料的锡基催化剂的存在下，通过原位开环聚合的环状对苯二甲酸丁二醇酯（CBT）。使用一种类型的石墨纳米片（GNP）和两种不同等级的还原氧化石墨烯（rGO）。此外，在真空下在1700°C下对两种RGO进行高温退火处理以减少它们的缺陷，并研究纳米复合材料的电/热性能与纳米片结构/缺陷之间的相关性。利用电子显微镜、X射线光电子能谱学、热重分析和拉曼光谱等手段对纳米材料的形貌和质量进行了研究。通过流变学、动态力学热分析、体积电阻率和热导率测量，研究了纳米复合材料的热性能、力学性能和电学性能。纳米复合材料的物理性能与纳米片的结构和缺陷相关，证明了纳米片的结构和缺陷对性能的强烈依赖性。特别地，在减少纳米片缺陷后，证明了热导率和电导率两者的显著增强。
2016-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Functionalization on Thermal Properties of Single-Wall and Multi-Wall Carbon Nanotube - Polymer Nanocomposites
已知碳纳米管的羧基官能化（-COOH基团）改善其分散性质并增加碳纳米管-聚合物纳米复合材料的导电性。我们已经通过实验研究了这种类型的功能化对纳米复合材料的热导率的影响。结果发现，虽然即使少量的碳纳米管（~1重量%）可以提高导电性，但需要更大的负载分数（~3重量%）来提高纳米复合材料的导热性。功能化的多壁碳纳米管作为填料材料的表现最好，导致同时改善复合材料的电性能和热性能。单壁碳纳米管的功能化降低了热导率的提高。所观察到的趋势被解释的事实，而表面官能化增加碳纳米管和聚合物基体之间的耦合，它也导致形成的缺陷，这阻碍了声学声子在单壁碳纳米管的传输。所得结果对碳纳米管和石墨烯作为填料改善复合材料的热、电和机械性能具有重要意义。
2013-05-16 cond-mat.mtrl-sci
A Study on the Fracturing Behavior of Thermoset Polymer Nanocomposites
本工作旨在研究聚合物纳米复合材料的断裂行为。为此，该研究利用了大量的断裂试验的分析，从文献中严格调查的非线性断裂过程区（FPZ）的影响的目标。结果表明，对于大多数的断裂试验，非线性FPZ的影响是不可忽略的，导致显着偏离线弹性断裂力学（LEFM）。正如数据所示，这方面需要认真考虑，因为使用LEFM来估计模式I断裂能，这是文献中的常见做法，可能会导致高达157%的误差，具体取决于试样尺寸和纳米填料含量。
2017-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial stress transfer in monolayer and few-layer MoS2 nanosheets in model nanocomposites
了解从聚合物基体到二维增强体的应力传递机制对于制备高性能纳米复合材料至关重要。在这项研究中，从一个灵活的聚合物基板的单层和少层二硫化钼MoS2在张力下的界面应力转移进行了研究。层相关和应变相关的光致发光（PL）光谱被用来检查应力转移效率。
2022-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Polymer Assisted Synthesis of FeNi Nanoparticles
以肼为还原剂，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙二醇（PEG）为还原稳定剂，采用湿化学法制备了聚合物辅助的球形FeNi纳米粒子。使用XRD和TEM进行的结构研究表明，纳米复合材料颗粒中的细FeNi纳米晶的均匀分散。在相同的反应条件下制备的FeNi纳米粒子的尺寸和热稳定性被发现依赖于所使用的聚合物的类型和分子量。然而，纳米复合颗粒的磁性不受聚合物的影响。该研究强调了在合成合金纳米复合颗粒过程中使用聚合物的细微差异。
2012-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Optimization of salt concentration and Explanation of Two Peak Percolation in Blend Solid Polymer Nanocomposite Films
本文采用溶液浇铸法制备了PEO-PVP/NaPF6共混固体聚合物电解质薄膜。利用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜等技术对合成的聚合物纳米复合薄膜的结构/形态特征进行了详细的研究。PEO-PVP + NaPF6O/Na：8薄膜在40 ℃和100 ℃时的离子电导率分别为5.92 × 10 - 6S cm-1和2.46 × 10 - 4S cm-1。电导率随温度的变化表现为Arrhenius型行为，活化能随盐的加入而降低。对优化后的PEO-PVP + NaPF6 O/Na：8高导电体系进行了高温（100 oC）电导率监测，电导率稳定达160 h（约100 oC）。7天）。通过差示扫描量热法（DSC）测量热转变参数。研究结果表明，该聚合物电解质膜在加盐条件下表面光滑，热稳定性可达300 ℃。
2018-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Field Emission properties of nanocomposites of conducting polymers
制备了石墨烯和碳纳米管分散在聚吡咯或聚（3，4-乙撑二氧）噻吩中的纳米复合材料，并评价了它们作为场发射冷阴极的性能。研究发现，场发射过程中聚合物基体会发生降解，导致场发射性能不稳定。电聚合的复合材料的结果显着更好的场发射性能，但稳定性仍然是一个主要问题。提出了将复合材料沉积到稳定的膜上作为改善电极性能的策略。场发射数据表明，沉积在膜表面的复合材料可以限制发射表面，并导致较低的最大发射和较高的开启电压。较低的发射电流和因此较低的热生成，以及AAO膜可能的热耗散，可以降低聚合物的热降解速率。这种膜也可以作为一个物理屏障，将纳米管固定在适当的位置，并允许电子通过。因此，可以防止场发射单元的短路。通过这种方式，可以实现更高的排放和更长的寿命。
2015-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Polymer Nanocomposites having a High Filler Content: Synthesis, Structures, Properties, and Applications
近年来纳米级填料如碳纳米管、石墨烯和纳米纤维素的发展使得聚合物纳米复合材料的功能得以控制和增强。然而，聚合物纳米复合材料的常规合成方法不能在高填料含量下使这些纳米填料的增强最大化。提出了高含量填料聚合物纳米复合材料的合成方法，以促进未来的应用。制造方法解决了聚合物纳米复合材料结构的设计，其包括一维、二维和三维形态。概述了阻碍纳米结构增强的因素，如填料的排列、分散以及填料与聚合物之间的界面结合。使用合适的方法，可以预期纳米级填料的最大潜在增强，而不限制填料颗粒-基质界面的取向、分散和完整性。高填料含量的聚合物复合材料含有新兴材料，如2D过渡金属碳化物，氮化物和碳氮化物（MXenes），预计在未来。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Length scale of dynamic heterogeneity in polymer nanocomposites
利用X射线光子相关光谱技术对嵌在聚甲基丙烯酸甲酯中的金纳米颗粒进行了测量，证明了聚合物纳米复合材料中存在类似于其他软材料的动力学不均匀性的内在尺度，并显示了动力学如何以复杂的方式随各种参数变化。
2008-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Modeling of Polymer Clay Nanocomposite for a Multiscale Approach
用纳米薄粘土片晶（高纵横比）增强的聚合物的机械性能增强与每单位体积的高聚合物-填料界面面积相关。完全分离（剥离）的片晶的理想情况在实践中通常难以实现：典型的纳米复合材料还包含插层片晶的多层堆叠。在这里，我们使用数值模拟来研究如何血小板性质影响整体的机械性能。血小板的配置建模使用的代表性体积元素（RVE）的方法，其中的“样品”的异质材料的合奏（与周期性边界条件）的统计解释。一个简单的蒙特卡罗算法是用来放置在RVE根据一组指定的统计分布的非相交血小板。片晶-基质系统的有效刚度通过测量由于对边界施加小变形而产生的应力（使用标准有限元分析）并在整个统计系综上求平均来确定。在这项工作中，我们确定的方式，其中血小板的属性（曲率，填充分数，刚度，纵横比）和堆叠中的层数影响纳米复合材料的整体刚度增强。因此，我们弥合了宏观尺度上的行为与纳米增强尺度上的行为之间的差距，形成了多尺度建模框架的一部分。
2008-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Structural, Microstructural and Electrochemical Properties of Dispersed Type Polymer Nanocomposite Films
采用标准溶液浇铸技术制备了自支撑固体聚合物纳米复合薄膜。纳米填料在聚合物盐复合物中的分散改善了材料的结构、微观结构和电化学性能。X射线衍射研究清楚地反映了络合物的形成，因为在衍射图中没有出现相应的盐峰。FTIR分析表明，聚合物离子，离子和聚合物离子纳米填料相互作用的明确和令人信服的证据。对于7 wt.二氧化钛线性扫描伏安法提供了所制备的固体聚合物电解质薄膜的电化学稳定窗口，该窗口为3.5V的数量级。通过直流极化技术估计了离子迁移数为0.99。介电光谱研究进行了解离子在聚合物电解质中的传输过程。全固态聚合物电解质具有良好的热稳定性，最高可达300 ℃。DSC分析证实了纳米填料的加入降低了聚合物基体的熔融温度和玻璃化转变温度，这表明聚合物基体的结晶度降低。扩散系数，离子迁移率，数密度，双电层电容，玻璃化转变温度，熔化温度，自由离子面积和电导率之间的绝对相关性已被观察到。提出了一个令人信服的模型来研究纳米填料在聚合物盐复合物中的作用，这支持了实验结果。所制备的聚合物电解质体系具有显著的离子电导率、高的离子迁移数、良好的热稳定性、电压稳定性，可以作为用于制造可充电锂离子电池系统的电解质兼隔膜的潜在候选者。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Liquid phase mass production of air-stable black phosphorus/phospholipids nanocomposite with ultralow tunneling barrier
少层黑磷（FLBP）是近年来发现的一种二维半导体材料，由于其在电子和光电子领域的巨大应用潜力，引起了科学界和技术界的广泛关注。然而，FLBP薄片与环境物种的反应性限制了其直接应用。在环境中钝化FLBP的各种方法中，将FLBP薄片与稳定基体混合的纳米复合材料可能是最有前途的工业应用方法之一。在这里，我们报告了一个简单的一步程序，大量生产空气稳定的FLBP/磷脂纳米复合物在液相中。发现所得纳米复合材料具有超低的载流子隧穿势垒，其可以通过Efros-Shklovskii可变范围跳跃机制来描述。由这种大规模生产的FLBP/磷脂纳米复合材料制成的器件在环境条件下显示出高度稳定的电导率和光电响应，表明其在电子和光电应用中的前景。该方法也可推广到其它气敏二维材料如FeSe、NbSe_2、WTe_2等纳米复合材料的批量生产。
2018-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Properties of graphene-related materials controlling thermal conductivity of their polymer nanocomposites
不同类型的石墨烯相关材料（GRM）是工业上可获得的，并且已经被开发用于聚合物中的热导率增强。这些包括在厚度、横向尺寸和组成方面具有非常不同特征的材料，特别是关于氧碳比和可能存在的表面功能化。由于GRM性能的可变性，聚合物纳米复合材料制备方法和所获得的微观结构的差异，在文献中发现导热性能的大的分散性。然而，基于GRM的纳米复合材料的功能，包括纳米片的厚度和尺寸，缺陷，成分和分散，与它们的热导率之间的详细的相关性仍然大多是不确定的。在本文中，GRM为基础的聚合物纳米复合材料，通过熔融聚合的环状聚对苯二甲酸丁二醇酯低聚物，利用13个不同的GRM等级，制备的热导率进行了研究。所选择的GRM，涵盖了广泛的比表面积，尺寸和缺陷，确保一个健全的基础，了解GRM性能的影响，其相关的聚合物纳米复合材料的热导率。实际上，所获得的热导率似乎取决于上述GRM特征之间的相互作用。特别地，发现低GRM缺陷和高填料渗滤密度的组合使纳米复合材料的热导率最大化。
2021-01-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Super nucleation and orientation of poly (butylene terephthalate) crystals in nanocomposites containing highly reduced graphene oxide
在还原氧化石墨烯（RGO）的存在下，通过开环聚合将环状对苯二甲酸丁二醇酯聚合成聚对苯二甲酸丁二醇酯（pCBT），是制备聚合物纳米复合材料的有效方法。包含RGO纳米片显著影响pCBT的结晶，使结晶峰温度向更高的温度移动，并且总体上增加结晶速率。这是由于由RGO引起的超级成核效应，其通过高度还原的氧化石墨烯而最大化。此外，通过差示扫描量热法（DSC）实验和广角X射线衍射（WAXS）的组合分析显示形成了厚的α-结晶形式pCBT薄片，其熔点为约250 °C，接近pCBT的平衡熔融温度。WAXS还证明了pCBT晶体与RGO纳米片的成对取向，表明pCBT和RGO平面的芳环之间存在强的界面相互作用，特别是与高度还原的氧化石墨烯。聚合物在RGO纳米片上的这种表面自组织可以用于增强其聚合物纳米复合材料中的界面性质。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Well dispersed fractal aggregates as filler in polymer-silica nanocomposites: long range effects in rheology
我们提出了一种处理聚苯乙烯-二氧化硅纳米复合材料的新方法，该方法导致小的初级聚集体（15个直径为10 nm的纳米颗粒的组装体）在基质中的非常明确的分散。该方法是基于高沸点溶剂，其中纳米颗粒分散良好，并控制蒸发。填料的精细网络结构是在很宽的尺寸范围内使用小角中子散射（SANS）和透射电子显微镜（TEM）的组合来确定的。纳米复合材料的机械响应进行了研究小（ARES振荡剪切和动态力学分析）和大变形（单轴牵引），作为颗粒浓度的函数。我们可以研究两种主要增强效应的结构-性能相关性：填料网络贡献和填料-聚合物基体效应。在二氧化硅体积分数阈值以上，我们看到与连接网络的建立相关的模量的发散。低于阈值，我们得到一个新的额外的弹性贡献的更长的终端时间比矩阵。由于聚集体分离至少60 nm，这种新的填料-基质贡献不能仅用玻璃态层（2 nm）的概念来描述。
2009-03-31 cond-mat.mtrl-sci
A model for anomalous moisture diffusion through a polymer-clay nanocomposite
实验数据的水分扩散和弹性塑性响应的插层纳米复合材料与乙烯基酯树脂基体和蒙脱土填料在室温下的报告。在扩散试验中的观察表明，水在纯树脂中的传输是Fickian的，而它变得异常（非Fickian）的粘土含量的增长。这种转变归因于渗透剂分子在亲水性粘土层表面上的固定。在单轴拉伸试验中的观察表明，乙烯基酯树脂的响应是强烈的弹塑性，而粘土含量的增加导致塑性应变的严重减少，观察到的应力-应变图的曲率的显着减少。这是通过减慢分子的流动性在主机矩阵驱动的限制链之间的血小板画廊。本构方程的反常水分扩散通过和弹塑性行为的纳米复合材料。通过对实验数据的拟合，找出了这些关系式中的可调参数。公平的协议之间的观察和数值模拟的结果证明。一个惊人的相似性之间的变化，在扩散系数，最终吸水率和塑性流动的速率与粘土含量的增加。
2002-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Molecular Weight Dependence Reveals the Origin of Mechanical Enhancement in Polymer Nanocomposite
该研究通过双峰分子量聚合物纳米复合材料实验，发现界面聚合物反常链伸长促进网络结构，降低平均分子量可使剪切模量最高提升103倍，揭示了力学增强的分子起源与通用拉伸因子。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
3D atomistic imaging of polymer nanocomposites with Atom Probe Tomography: experimental methodology, preliminary results and future outlook
Imperial College London（帝国理工学院）；University of Warwick（华威大学）；Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；University of Oxford（牛津大学）
本研究首次应用原子探针显微术对聚合物纳米复合材料进行3D原子级成像，探讨了实验方法、初步结果及未来发展方向。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Polymer-stabilized graphene dispersions at high concentrations in organic solvents for nanocomposite production
我们展示了一种简单而有效的技术，用于通过使用稳定聚合物（聚乙烯吡咯烷酮，PVP）在广泛的有机溶剂中以高浓度分散原始（未官能化）石墨烯。这些聚合物稳定的石墨烯分散体显示出高度稳定并且即使在冷冻干燥后也易于再分散。与先前的研究相比，该技术产生显著更高的石墨烯浓度。还证明了通过添加原始石墨烯在流体的热导率方面的优异增强。然后将这些分散良好的原始石墨烯片用作聚合物纳米复合材料的强导电纳米填料。通过本体聚合法将分散的石墨烯负载到N-乙烯基吡咯烷酮上，制备了PVP/石墨烯纳米复合材料。
2011-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of graphene and carbon-nitride nanofillers on the thermal transport properties of polymer nanocomposites: A combined molecular dynamics and finite element study
聚合物的低导热性是常用复合材料结构的显著缺点之一，一直是许多研究人员关注的焦点，旨在通过在聚合物基体内包含高导热填料来实现高性能的聚合物基纳米复合材料。因此，在本研究中，一个多尺度计划使用非平衡分子动力学（NEMD）和有限元（FE）方法，探索不同的纳米尺寸的填料（碳氮化物和石墨烯）对聚乙烯基纳米复合材料的有效导热系数的影响。我们表明，在室温下使用反应性键级（REBO）原子间势的非晶聚乙烯的热导率是近0.36 - 0.05W/mK。此外，原子的结果预测，相比于C3 N和石墨烯纳米片，C2 N纳米膜呈现出更强的界面热导（ITC）与聚乙烯。此外，结果表明，在1%的恒定体积分数下，C2 N-聚乙烯、C3 N-聚乙烯和石墨烯-聚乙烯纳米复合材料的有效热导率值分别为约0.47、0.56和0.74 W/mK。换句话说，我们的模型的结果表明，填料的热导率是决定纳米复合材料的有效热导率的主导因素。
2021-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of Variation of Different Nano filler on Structural, Electrical, Dielectric and Transport Properties of Blend Polymer Nanocomposites
研究了不同纳米填料（BaTiO_3、CeO_2、Er_2 O_3和TiO_2）对PEO/PVC/LiPF_6共混型固体聚合物电解质性能的影响。XRD分析证实了聚合物纳米复合材料的形成。FTIR提供了聚合物的官能团与离子和纳米填料在移位和改变峰形方面相互作用的证据。最高的离子电导率为~ 2.3 × 10 - 5S cm-1，对于10 wt. %的Er 2 O3。介电常数的实部和虚部随频率的增加呈现相同的减小趋势。纳米填料的粒径和介电常数随纳米填料的不同呈现出反常的变化趋势。交流电导率遵循普适幂律。提出了一种有效的机理来理解纳米填料与阳离子配位聚合物的相互作用。
2018-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Competitive Adsorption in Polymer Nanocomposites: The Molecular Weight and End-Group Effect Revealed by SANS and MD Simulations
Seoul National University（首尔大学）；Kookmin University（国民大学）；Korea University（韩国大学）
本研究通过实验和分子动力学模拟揭示双分散PEG熔体中短链因端羟基氢键作用优先吸附于纳米颗粒，强调端基功能对界面行为的关键影响，为调控纳米复合材料性能提供新见解。
2025-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Numerical study of a slip-link model for polymer melts and nanocomposites
本文对Likhtman提出的用于描述稠密聚合物熔体动力学的滑移链模型进行了数值研究。在回顾了与该模型的实现相关的技术方面之后，我们在几个方向上扩展了以前的工作。松弛模量与滑动链接密度和滑动链接刚度的依赖性的报告。然后，非线性流变特性的模型，为一组特定的参数，进行了探讨。最后，我们引入排斥体积相互作用的平均场，如方式，以描述非均匀系统，我们将这种描述一个简单的纳米复合材料模型。通过这种扩展，滑移链模型作为聚合物熔体的简单和通用模型出现，其可以用作分子动力学的替代，用于复杂聚合物系统的粗粒度模拟。
2013-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Correlations between mechanical, structural, and dynamical properties of polymer nanocomposites
我们通过粗粒分子动力学模拟研究了聚合物纳米复合材料（PNC）增强的结构和动力学机制。在强聚合物-填料相互作用的制度中，PNC失效时的应力与结构量（例如填料负载、聚合物-填料界面的表面积和网络结构）明显相关。此外，我们发现，小的填料，聚合物单体的大小，是最有效的增强周围的聚合物链和最大限度地增加强聚合物-填料相互作用的数量的矩阵。这种结构配置与动态特征相关，即，填料相对于聚合物基质的相对移动性最小化。
2012-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A new approach for the interpretation of the dynamic and mechanical properties of polymer nanocomposites above and below the glass transition region
在这项工作中，我们提出了一个新的模型的解释的局部动态行为和机械增强机制的聚合物纳米复合材料。在玻璃态区域的动力学的温度依赖性描述了一个新的方程，它假设在合作扩散的Arkriius组件。通过这样做，可以被识别为玻璃化转变温度（Tg）出现的特征温度，而一个额外的参数的超阿耳忒修斯区域的扩展被纳入。基于热力学参数，动力学的不均匀性，然后与结构的不均匀性的方式一致的想法的S形形状的内聚能。结合这种温度依赖性的凝聚能的Sanchez-Lacombe状态方程，结果在一个声音的描述实验的温度和压力的依赖性的密度。此外，与实验数据的比较表明，在聚合物纳米复合材料的机械性能的增强可以与玻璃化区域的程度。
2019-05-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Influence of nanoparticle size, loading, and shape on the mechanical properties of polymer nanocomposites
通过粗粒分子动力学模拟研究了球形、三角形和棒状纳米粒子对聚合物纳米复合材料力学性能的影响。我们专注于纳米颗粒的尺寸，负载，质量和形状如何影响PNC的弹性模量，在故障和抵抗空腔的形成和增长，在外部应力的应力。我们发现，在强的聚合物-纳米颗粒相互作用的制度，通过临时聚合物-纳米颗粒交联的聚合物网络的形成具有PNC增强的主导作用。球形纳米颗粒的尺寸与聚合物单体的尺寸相当，其在增韧PNC方面比较大的球形颗粒更有效。当比较球形、三角形和棒状几何形状的颗粒时，棒状纳米颗粒成为最好的PNC增韧剂。
2012-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anisotropic Reinforcement of Nanocomposites Tuned by Magnetic Orientation of the Filler Network
我们提出了一种新材料，显示各向异性和机械性能可调的合成过程中，在磁场。它是通过混合聚合物纳米胶乳和磁性纳米颗粒的水性悬浮液来配制的，所述悬浮液被薄二氧化硅层涂覆以改善其与聚合物基质的相容性，然后浇铸。当在磁场下浇铸时，这些纳米颗粒的磁性使得它们能够在所得纳米复合材料中预取向。通过小角中子散射（SANS）对分散的详细了解显示了在纳米尺度上通过场排列的链状纳米颗粒聚集体。平行于颗粒链向纳米复合材料施加应变显示出比应变横向于场时更高的机械增强。.应变样品的SANS表明，平行于场的应变引起链的组织，而垂直于场的应变破坏链场诱导的有序。因此，从纳米颗粒聚集体的各向异性互连获得改进的机械增强。
2009-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Muiltiscale modeling of electrical conductivity of R-BAPB polyimide + carbon nanotubes nanocomposites
用多尺度方法模拟了具有手性（5，5）的单壁碳纳米管（CNT）填充的聚酰亚胺R-BAPB聚合物的电导率。建模开始于聚合物填充的碳纳米管结的随时间变化的原子构型的分子动力学模拟。然后，在第一步中获得的原子位置被用来执行完全的第一性原理微观计算的碳纳米管结的接触电阻使用基于格林函数的量子输运技术。最后，将这些接触电阻作为输入提供给使用Monte Carlo逾渗模型的CNT系综电导率的统计计算。第一性原理计算的结果表明，聚合物填充的碳纳米管结的接触电阻的碳纳米管结的几何形状，包括一个角度$φ$之间的碳纳米管轴和周围的碳纳米管聚合物原子的位置非常强的依赖性。将这种强烈的依赖性以及CNT团聚解释到逾渗模型中，将电导率的计算值推到略高于逾渗阈值的0.01 S/m以下，这在具有各种基础聚合物的复合材料的实验范围内。进一步降低复合材料的导电性的可能机制进行了讨论。
2020-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Solar energy harvesting in magnetoelectric coupled manganese ferrite nanoparticles incorporated nanocomposite polymer films
基于聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物（P（VDF-TrFE））的热电和磁电材料为柔性和可穿戴应用的能量收集提供了巨大的希望。因此，本工作的重点是太阳能收集以及磁电现象的两相纳米复合薄膜，其中构成相是锰铁氧体（MnFe 2 O 4）纳米粒子和P（VDF-TrFE）聚合物。采用溶液浇铸法制备了复合薄膜。X射线衍射结果表明，这些薄膜的结晶度较高。研究了铁氧体纳米粒子的铁电、磁性和磁电性能随外加电场和体积分数的变化规律。优化了制备条件，使少量铁氧体纳米粒子的加入改善了纳米复合薄膜的铁电极化。当直流偏置场垂直于电极化的强度方向时，最佳纳米复合薄膜的磁电耦合系数最大，约为156 mV/Oe-Cm。从热电装置的角度来看，还报道了太阳能收集。开路电压为5 V，短路电流的数量级为1 nA的演示没有任何前置放大。因此，这里提出的纳米复合薄膜的磁电和热释电性能的组合指示作为机敏材料，自旋电子器件和指定的磁电基应用的完美候选人。
2022-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sodium-Ion-Conducting Polymer Nanocomposite Electrolyte of TiO2/PEO/PAN Complexed with NaPF6
采用标准溶液浇铸法合成了一种基于PEO/PAN + NaPF_6的固体聚合物电解质自支撑透明膜，该固体聚合物电解质具有不同的纳米TiO_2组成（x = 0，1，2，5，10，15，20）。通过FESEM检查上述聚合物组合物的均匀表面。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了聚合物、盐和纳米陶瓷填料之间的微观相互作用。在聚合物盐络合物膜中加入纳米填料后，清楚地观察到聚合物隔膜中离子对形成的减少。已经记录了所制备的聚合物隔膜的电导率，其在添加纳米填料（15%wt/wt）之后为约10- 3Scm-l，这支持FTIR结果。循环伏安法结果表明，该电极的电化学电位窗口约为6V。所制备的隔膜的观测数据与器件应用的期望值相当。
2018-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Size Effect and Scaling in Quasi-static and Fatigue Fracture of Graphene Polymer Nanocomposites
本文研究了结构尺寸如何影响石墨烯聚合物纳米复合材料的准静态和疲劳行为，这是一个经常被忽视的话题。结果表明，这些材料的准静态和疲劳失效与结构尺寸呈非线性关系，这是由于石墨烯纳米改性引起的裂纹尖端前方存在显著的断裂过程区（FPZ）。这样一个复杂的尺寸效应和缩放在准静态或疲劳的情况下，不能描述的线性弹性断裂力学（LEFM），但可以很好地捕捉的尺寸效应定律（SEL），考虑FPZ。由于SEL，增强的准静态和疲劳断裂性能得到了适当的表征，并显示出与结构尺寸无关。此外，本文还比较了准静态断裂与疲劳断裂在形态和力学行为上的差异。本文报道的实验数据和分析分析对于深入理解聚合物基纳米复合材料甚至其他准脆性材料（例如，纤维增强聚合物或其与纳米颗粒的混合物等），并进一步推进能够捕获在各种载荷条件下材料的尺寸依赖性断裂的计算模型的开发。
2023-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Positive electron affinity of interfacial region in Polyethylene-MgO nanocomposite dielectric
聚合物基纳米复合材料有望成为未来几代高压电气绝缘的关键。然而，其性能背后的物理原理尚未被理解。在这里，我们研究了氧化镁-聚乙烯纳米复合材料的界面区域的电子性质。我们用密度泛函理论计算了MgO（100）和羟基化MgO（111）与聚乙烯界面的态密度。我们评估了硅基纳米粒子表面改性在电子水平上的作用，并提出了一个新的理论，在纳米复合材料中的电荷捕获。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Failure and Scaling of Graphene Nanocomposites
这项工作提出了聚合物/石墨烯纳米复合材料的结构强度的缩放的调查。为此，断裂试验的几何缩放单边缺口弯曲（SENB）试样与不同含量的石墨烯进行了研究的缩放纳米改性的影响。结果表明，虽然原始聚合物的强度根据线性弹性断裂力学（LEFM）缩放，但纳米复合材料的情况并非如此，即使是非常低的石墨烯含量。事实上，小样本表现出更明显的延展性与有限的缩放和显着偏离LEFM，而较大的标本表现在一个更脆的方式，缩放的名义强度接近一个预测的LEFM。由于断裂过程区（FPZ）的尺寸与试样尺寸相比很大，因此需要认真考虑这种行为。事实上，它表明，对于在这项工作中研究的试样尺寸，忽略FPZ的非线性效应可能会导致低估高达113%的断裂能，这种错误减少试样尺寸的增加。
2017-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication and properties of luminescence polymer composites with erbium/ytterbium oxides and gold nanoparticles
稀土掺杂的光学材料对于光电子学中的光源以及高效的光放大元件和光子学的其他元件是重要的。在以前开发的无水，低温合成Er/Yb氧化物的方法的基础上，从它们的氯化物，我们制造了适当的纳米粒子与定义的参数，并使用它们的光学透明，发光聚合物纳米复合材料的发展与低光散射，适合于直接，光诱导形成的光子元件。在这样的纳米复合材料中引入预先形成的金纳米颗粒也进行了检测，并由于等离子体效应的影响而增强发光。
2017-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Synthesize of PCPDTBT nanostructures and PCPDTBT_PC71BM nanocomposite via modified polymer-melt technique
本文通过改进的聚合物熔融技术在不同温度下合成PCPDTBT纳米结构，发现仅200和250摄氏度能获得无断裂的完整纳米线，并进一步制备了PCPDTBT_PC71BM纳米复合材料。
2024-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Martini coarse-grained model for clay-polymer nanocomposites
我们已经开发了一个粗粒（CG）模型的聚合物-粘土系统组成的有机改性蒙脱土纳米粘土的纳米粒子按照MARTINI力场。利用粘土颗粒的力学性质和裂解自由能分别表征了有机改性蒙脱土（oMMT）粘土颗粒的键合和非键合相互作用参数，其中钠离子被四甲基铵（TMA）离子取代。力学性能由应力-应变曲线的斜率确定，解理自由能通过允许对应于缓慢平衡解理过程的完全表面重构来确定。使用对oMMT裂解能的个体分散和极性贡献来确定CG oMMT片的适当MARTINI珠类型。开发的MARTINIFF参数的TMA-MMT-聚合物系统的自洽性进行了验证，通过比较估计选择的结构，热力学和动力学性质得到的全原子模拟与粗粒度的模拟。我们已经确定了粘土颗粒对三种聚合物熔体（聚乙烯，聚丙烯和聚苯乙烯）在两个温度下的性能的影响，以建立开发的参数的可转移性。我们还表明，粘土-聚合物相互作用的影响，在这种纳米复合材料系统的结构-性能关系被罗森菲尔德的过剩熵标度。
2019-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Understanding Creep Suppression Mechanism in Polymer Nanocomposites through Machine Learning
虽然最近的努力已经表明，局部结构在均匀玻璃形成材料的动态不均匀性中起着至关重要的作用，但对含有界面的系统，如薄膜或复合材料，仍然知之甚少。众所周知，界面扰动附近的分子堆积，然而，许多研究表明，动力学在更大的范围内被修改。在这里，我们研究的动态聚合物纳米复合材料（PNC）使用模拟和实验的结合，并定量分离的作用，聚合物包装从其他影响的动态，作为一个函数的距离从纳米粒子表面。在玻璃态结构和蠕变顺应性的模拟和实验之间表现出良好的定性一致性后，我们使用最近开发的机器学习技术将模拟PNC中的聚合物动力学分解为结构相关和结构无关的过程。通过这种分解，聚合物重排的自由能垒可以被描述为依赖于填充和独立于填充的垒的组合。我们发现，这两个障碍是较高的纳米颗粒附近，并减少与施加的应力，定量表明，缓慢的界面动力学不仅是由于聚合物包装的差异，但也改变了结构动力学关系。最后，我们提出了这种分解可以用来准确地预测应变-时间蠕变曲线的PNC从他们的静态配置，提供额外的见解PNC蠕变抑制聚合物-纳米粒子界面的影响。
2022-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The effect of clay on the mechanical properties of epoxy resins subjected to hygrothermal ageing
环氧聚合物是用于各种应用的一类重要材料。由于其亲水性，环氧树脂倾向于吸收水分。吸湿会降低功能、结构和机械性能。对于聚合物，已知吸湿可导致可逆和不可逆的变化。在这项研究中，水分和高温对Epon 862及其纳米复合材料的机械性能的综合影响进行了研究。永久性损伤的程度上的断裂韧性和弯曲性能的环氧树脂，由于湿热老化提供的侵略性降解，通过干燥后的环氧树脂和它们的粘土/环氧树脂纳米复合材料的水分吸收。从研究中发现，湿热老化对纯聚合物和粘土/聚合物纳米复合材料的力学性能都有不利影响。断裂韧性和模量观察到显着的永久性损伤，而永久性损伤的程度是不太显着的弯曲强度。
2016-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Polyaniline and graphene nanocomposites for enhancing the interlaminar fracture toughness and thermo-mechanical properties of carbon fiber/epoxy composites
分层是碳纤维增强复合材料的主要问题之一。提高断裂韧性减少分层，并允许创建多功能CFRP。在这项研究中，聚苯胺（PANI）包覆的石墨烯纳米片（GNP）被引入到CFRP预浸料的层间区域的帮助下，环境友好的热塑性聚合物，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）。GNP含量相对于PVP按重量计在1%、3%和5%之间变化。采用双悬臂梁试验研究了断裂韧性的改善。在相对于PVP添加5wt%GNP的情况下观察到模式I断裂韧性的约79%的改进。动态力学分析结果证实了储能模量的改善，但显示出玻璃化转变温度的降低与添加纳米填料。各种光谱分析和成像技术被用来理解和评估纳米复合材料与CFRP预浸料的相互作用。
2022-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Reverse-selective diffusion in nanocomposite membranes
具有不可穿透的纳米内含物的某些聚合物膜的渗透性随着颗粒体积分数而增加（Merkel等人，Science，296，2002）。这一有趣的观察甚至与基于麦克斯韦经典的均相复合材料传导/扩散理论的定性预期相矛盾。这封信提出了一个简单的理论解释的基础上经典模型的扩散和聚合物物理。该理论的一个基本特征是在包合物-聚合物界面处的聚合物-段耗尽层。伴随的自由体积的增加导致局部渗透剂扩散率的显着增加，这反过来又增加了体渗透率，同时表现出反向选择性。该模型捕获所观察到的夹杂物的大小和体积分数的体积渗透性的依赖关系，提供了一个简单的膜的微观结构和性能之间的连接。
2005-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Diffusion and growth of metal clusters in nanocomposites: a Kinetic Monte Carlo study
沉积在聚合物表面上的贵金属表现出表面扩散和扩散到本体中。同时，金属原子倾向于形成团簇，因为它们的内聚能比聚合物的内聚能高约两个数量级。为了自洽地模拟这些耦合过程，本文提出了一种动力学蒙特卡罗方法。使用一个简单的模型与扩散系数作为输入参数，使我们能够进行系统的研究，最终导致聚合物纳米复合材料的聚合物表面上的大量金属原子的行为。特别强调的是放在集群的增长，集群的大小分布和集群到衬底的渗透。我们还研究了表面缺陷的影响，并分析了如何得到的材料的性能可以通过沉积速率的变化来控制。
2011-06-19 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Novel temperature operated electrooptical materials based on K2ZnCl4: PVA polymer nanocomposites
我们已经发现了显着的温度异常的线性电光（EOE）系数的K2 ZnCl 4纳米晶体嵌入到聚合物矩阵。EOE效率由外部DC-电场和UV偏振激光操作。EOE输出的最大增强出现在375 K-420 K的温度范围内。这个温度范围对应于存在的无公度结构调制。对于非对角EOE张量分量，最大实现的场诱导EOE效率等于约1.4 pm/V。已经探索了尺寸和NC含量的依赖性，尺寸范围（20 nm-1500 nm）和含量在25%-35%范围内变化。对于约1200 nm的尺寸，EOE可与块体晶体的EOE互换，并且等于约0.6 pm/V。
2019-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deformation Behavior of multi-spherulitic nylon6/silica nanocomposites
在这项研究中，尼龙6/二氧化硅纳米复合材料的变形进行了研究，采用多尺度计算方法来了解纳米粒子的影响。首先，通过Voigt和Reuss模型预测了结晶和非晶薄片组合的弹性性质的上界和下界。随后，这些结果被用于RVE的FEM模型中，该RVE代表尼龙6和二氧化硅/尼龙6纳米复合材料的多球晶结构。这些模型中的每个球晶具有由球坐标定义的定向力学性质。在正交方向上施加的变形和纯聚合物和纳米复合材料的机械响应的模拟进行了检查。结果表明，球形纳米粒子具有较小的潜力，为增强的机械响应相比，其他形状的纳米粒子。
2017-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Origins of elastic properties in ordered nanocomposites
我们预测在层状相中的二嵌段共聚物熔体与添加的球形纳米颗粒，具有一个具有比纯的二嵌段共聚物系统更低的拉伸模量的一个嵌段的亲和力。这种弱化是由于纳米颗粒对层状结构域的溶胀和弹性惰性填料对聚合物的置换。尽管多畴样品的拉伸模量总体降低，但单畴的剪切模量显著增加。
2004-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Formation of magnetic nanocolumns during vapor phase deposition of a metal-polymer nanocomposite: experiments and kinetic Monte Carlo simulations
金属-聚合物纳米复合材料由于其有趣的功能应用在过去几年中得到了广泛的研究。它们通常通过气相沉积产生，这通常导致在有机基质中自组织形成球形金属纳米颗粒，而纳米柱仅在非常特定的条件下获得。实验\cite{Grev+06}已经表明，在简单的单步工艺中金属和有机组分的共蒸发可以引起嵌入含氟聚合物基质中的超高密度Fe-Ni-Co纳米柱状结构的形成。在这里，我们提出了一个动力学蒙特卡罗方法，这是基于一个新的模型，涉及的熔点的纳米级和凝固所需的临界纳米颗粒尺寸的抑郁症。此外，我们提出了新的实验结果下降到沉积温度的\cel{-70}，也报告的磁性。模拟提供了一个详细的了解从球形团簇生长形成的细长结构的过渡，并与实验定量一致。
2013-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
An electrospun Polymer Composite with Fullerene-Multiwalled Carbon Nanotube Exohedral Complexes can act as Memory Device
在这项工作中，一种新型的静电纺丝导电聚合物纳米复合材料制成的聚己内酯与外消旋复合物制成的多壁碳纳米管和富勒烯C60的制备和表征。制备是简单的，复合物自组装内的纳米复合纤维。该纳米复合材料表现出电开关行为，由于电荷积累的富勒烯C60在电刺激。采用静电纺丝法制备了一次写入多次读取的存储器件。富勒烯C60到叉指共面电极上。该器件保持ON状态超过60天，并且可以通过随后的电和热循环进行热重置、重新编程和擦除。此外，该器件的电阻可以通过施加不同的编程电压幅度和编程时间来调制，这揭示了其自适应行为和潜在的神经形态系统的应用。
2020-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Rethinking Interphase Representations for Modeling Viscoelastic Properties for Polymer Nanocomposites
粘弹性的数值模拟是发展聚合物纳米复合材料的结构-性能关系的关键。虽然人们认识到，改变聚合物区域附近的填料颗粒，界面，显着有助于增强复合材料的性能，界面性能的空间分布很少考虑由于缺乏局部性能测量。近年来，原子力显微镜（AFM）技术已开始使局部性质的测量的界面相。鉴于原子力显微镜数据的可用性越来越高，在这项工作中，提出了一种新的界面表示建模的聚合物纳米复合材料的粘弹性。所提出的界面表示通过两个单独的组件-单体界面梯度和多体复合效应，其功能形式通过数据挖掘学习的界面行为解开。建议的界面表示集成到一个有限元模型，和每个组件的界面表示的效果进行了数值研究。此外，所提出的相间表示的优点被证明通过比较先前的模拟工作，其中只考虑一个统一的有效属性的相间。此外，建议的相间表示被用来解决逆问题的推断空间分布的局部属性使用贝叶斯推断的实验数据。
2018-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
High-performance fluoroelastomer-graphene nanocomposites for advanced sealing applications
高性能密封材料可以保护关键部件免受高压气体和液体化学品的影响，同时承受机械变形，在许多行业中至关重要。在本工作中，石墨烯纳米片（GNP）被引入到氟弹性体（FKM）矩阵，以改善其机械和阻隔性能，并测试其适用于密封应用。制备了不同负载量GNP填充的纳米复合材料，并与炭黑（CB）填充的纳米复合材料进行了比较。GNP均匀分散，具有高度的面内取向。GNP的加入显著提高了FKM的拉伸性能和阻隔性能。基于剪切滞后/混合物规则理论的细观力学模型被用来分析GNP的增强效率。在添加GNP时，弹性体能够在液体中各向异性地溶胀，这是可用于调节密封应用的溶胀性质的事实。在气体渗透性方面，引入了完善的Nielsen理论的修改来分析块状复合材料样品的CO2渗透性。在相对较低的填料负载下显著改善的机械、热和阻隔性能表明，所生产的FKM/GNP纳米复合材料非常有希望用于先进的密封应用。
2020-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Central role of filler-polymer interplay in nonlinear reinforcement of elastomeric nanocomposites
本研究通过分子动力学模拟揭示，弹性体纳米复合材料的高应变增强源于纳米填料与聚合物的泊松比不匹配引发的反馈回路，明确了颗粒-颗粒接触对力学增强的核心作用。
2024-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Band bending at the interface in Polyethylene-MgO nanocomposite dielectric
聚合物纳米复合材料是一种很有前途的高电压电气绝缘材料。然而，其性能背后的物理原理尚未完全了解。采用密度泛函理论研究了氧化镁-聚乙烯纳米复合材料界面区的电子性质。我们的研究结果表明，聚乙烯的导带匹配的不同表面的氧化镁的导带。这种能带弯曲导致高达2.6eV深的长程势阱。此外，硅处理对氧化镁表面性能的根本影响进行了评估。我们报告减少的表面诱导状态在硅处理的接口。模拟提供的信息，用于提出一个新的模型，在纳米复合材料的电荷捕获。
2016-11-30 cond-mat.mtrl-sci
