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POSS有机无机纳米杂化材料的压痕模拟

作　者: 刘奚洋
导　师: 孙毅
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 固体力学
关键词: POSS有机无机纳米杂化材料纳米压痕硬度压痕尺寸效应
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 38次
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内容摘要

多面体低聚硅倍半硅氧烷(POSS)是一类结构简式为(RSiO1.5)n的化合物。如果在硅原子上引入活性或功能性的R基团并制成高分子聚合物,将会形成一类全新结构和特殊性能的分子级POSS有机无机纳米杂化材料。以这类材料为中间体可以方便地制备出不同结构和功能的聚合物纳米复合材料。将此类材料与有机聚合物进行化学连接可以很容易地实现对有机聚合物材料的改性从而提高聚合物的耐磨性、耐高温性、硬度、强度等一系列的力学性能。因此,深入研究这类材料将具有十分重要的理论意义和实用价值。用分子力学模拟方法研究了丙基POSS聚苯乙烯纳米杂化材料和普通的聚苯乙烯材料在纳米压痕载荷下的力学行为。通过纳米压痕模拟,计算出了两种高分子聚合物材料在纳米压痕分子模拟中的硬度。硬度的计算表明少量的POSS能使材料的硬度提高10倍以上。POSS单体在改性聚合物材料中起到了骨架的作用,使之与普通聚合物材料相比能够承受更高的压载荷,同时POSS纳米杂化材料在一定程度上具有结构记忆功能。应用一个表征聚合物硬度与压痕深度关系的公式,可以较准确地描述各类高分子材料在纳米压痕测试中硬度与压痕深度的关系。用此公式修正了两种材料的硬度并给出了在真实纳米压痕实验中所需要的有效压痕深度。最后对探讨了纳米硬度的尺寸效应。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 有机无机纳米杂化材料 POSS 简介  9-14
    1.2.1 POSS 单体结构  9-11
    1.2.2 POSS 单体的连接  11-13
    1.2.3 有机无机纳米杂化材料 POSS 的合成  13-14
  1.3 国内外对POSS 材料的研究现状  14-15
  1.4 POSS 材料力学性能的研究方法  15-16
  1.5 学位论文研究的主要内容  16-17
第2章纳米杂化材料力学性能的研究方法  17-28
  2.1 纳米压痕法  17-22
    2.1.1 纳米压痕法简介  17-19
    2.1.2 纳米压痕技术的应用  19-21
    2.1.3 存在的问题及今后的发展方向  21-22
  2.2 分子模拟方法  22-27
    2.2.1 分子模型的构建  23
    2.2.2 力场的选择与能量的优化  23-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章 POSS 纳米杂化材料的压痕模拟  28-47
  3.1 分子模型及压痕模型  28-30
  3.2 模拟方法及过程  30
  3.3 位移—载荷关系  30-32
  3.4 硬度的计算  32-37
  3.5 硬度与压痕深度的关系  37-42
  3.6 形变分析  42-45
  3.7 本章小结  45-47
第4章压痕模拟过程中的尺寸效应  47-53
  4.1 压头半径为R = 4? 时的模拟  47-49
    4.1.1 位移—载荷关系  47-48
    4.1.2 硬度的计算及硬度与压痕深度的关系  48-49
  4.2 压头半径为R = 6? 时的模拟  49-51
    4.2.1 位移—载荷关系  49-50
    4.2.2 硬度的计算及硬度与压痕深度的关系  50-51
  4.3 尺寸效应的探讨  51-52
  4.4 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-58
攻读学位期间发表的学术论文  58-60
致谢  60

POSS有机无机纳米杂化材料的压痕模拟

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