Μεσοσκοπικές προσομοιώσεις νανοσυνθέτων υλικών Πολυμερικής Μήτρας

Abstract

Τα νανοσύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας, παρουσιάζουν ιδιαίτερο επιστημονικό και βιομηχανικό ενδιαφέρον. Η διασπορά σφαιρικών νανοσωματιδίων στην πολυμερική μήτρα προσδίδει πλήθος βελτιωμένων ιδιοτήτων, καθώς η τελική μακροδομή ωφελείται από τις μοναδικές φυσικές και μηχανικές ιδιότητες των νανοδομών που εσωκλείει. Στην παρούσα υπολογιστική μελέτη προσομοιώνεται σύστημα νανοσύνθετου υλικού πολυμερικής μήτρας πολυισοπρενίου(cis-1,4-Polyisoprene), στην οποία διασπείρονται, σφαιρικά νανοσωματίδια πυριτίας (SiO2). Αρχικά πραγματοποιείται έλεγχος του υπολογιστικού μοντέλου, όσον αφορά την ικανότητα της αποδοτικής εξισορρόπησης του συστήματος και την αναπαραγωγή των ιδιοτήτων δομής, για καθαρό πολυμερικό τήγμα καθώς και για σύστημα πολυμερούς παρουσία νανοσωματιδίων. Στη συνέχεια μελετάται η αλληλεπίδραση δύο νανοσωματιδίων πυριτίας εντός του πολυμερικού τήγματος πολυισοπρενίου, συναρτήσει της απόστασης των κέντρων τους.

Polymer matrix Nanocomposite materials (PNCs) are of great scientific and industrial interest. The dispersion of spherical nanoparticles in a polymer matrix results in improved properties, as the final macro-structures, benefit from the unique physical and mechanical properties of the nanostructures enclosed. Throughout the present computational study, a polymer nanocomposite material is simulated, consisting of a Polyisoprene (cis-1, 4-Polyisoprene) matrix and spherical silica (SiO2) nanoparticles as filler. At first, the validity and computational efficiency of the computational model are studied. More specifically, the model’s ability is tested, in properly simulating the system and in predicting structural properties for the pure polymer melt and for the nanocomposite material consisting of polymer melt and silica nanoparticles. Furthermore the interaction of two silica nanoparticles, embedded in the molten polyisoprene melt is studied as a function of their center-to center-distance.