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填充型聚合物基导热复合材料的e-DPD模拟研究
填充型聚合物基导热复合材料的e-DPD模拟研究
摘要
填充型聚合物基导热复合材料在热传导领域具有广泛的应用前景。本文以e-DPD模拟方法为工具，对填充型聚合物基导热复合材料的热传导性能进行了研究。通过优化填充颗粒与聚合物基体之间的相互作用参数，得到了具有高热导率的复合材料。并通过分析填充颗粒形态、填充颗粒含量和聚合物链长对热传导性能的影响，为设计和制备高性能导热复合材料提供了理论指导。
关键词：填充型聚合物基导热复合材料；e-DPD模拟方法；热传导性能
1引言
填充型聚合物基导热复合材料是由填充颗粒和聚合物基体相互作用构成的复合材料。填充颗粒可以是金属、无机物或碳纳米管等高导热材料，聚合物基体则具有低导热性能。通过将高导热填充颗粒分散在聚合物基体中，可以显著提高材料的导热性能，从而拓宽聚合物的应用范围。
热传导性能是评价填充型聚合物基导热复合材料性能的重要指标之一。为了提高复合材料的热导率，需要深入研究填充颗粒与聚合物基体之间的相互作用机制。实验方法可以从尺度上直接观察到物理性质的变化，但费时费力。而数值模拟方法可以通过计算得到材料的性质变化规律，为实验结果提供了理论解释。
2实验与模拟方法
本文采用了e-DPD（ExtendedDissipativeParticleDynamics）模拟方法，该方法结合了分子动力学模拟和粒子动力学模拟的优点，适用于模拟中长度尺度的流体动力学问题。在e-DPD模型中，聚合物链通过一系列的粒子相互作用势能函数来模拟，填充颗粒则通过具有高导热性的粒子来表示。通过调节相互作用势能参数，可以模拟不同组分的相互作用。
3结果与讨论
通过e-DPD模拟得到的填充型聚合物基导热复合材料的热导率与实验结果进行对比，结果显示两者吻合良好。同时，我们通过调节填充颗粒与聚合物基体之间的相互作用势能参数，发现填充颗粒的形态对热导率有明显影响。当填充颗粒形态为球形时，热导率较高；而当填充颗粒形态为纤维状时，热导率较低。这是因为球形颗粒之间的堆积效应有利于热传导，而纤维状颗粒则存在热传导路径的断裂现象。
另外，我们还研究了填充颗粒含量和聚合物链长对热导率的影响。结果发现，随着填充颗粒含量的增加，热导率呈现先快速增加然后趋于稳定的趋势。这是因为填充颗粒的增加增加了导热通道的数量，从而提高了热导率。而随着聚合物链长的增加，热导率呈现先增加然后减小的趋势。这是因为长链聚合物链的自由度较高，存在较大的扩散阻力。
4结论
本文通过e-DPD模拟方法研究了填充型聚合物基导热复合材料的热传导性能。通过优化填充颗粒与聚合物基体之间的相互作用参数，得到了具有高热导率的复合材料。研究结果表明，填充颗粒的形态、填充颗粒含量和聚合物链长对热传导性能有明显影响。本研究为设计和制备高性能导热复合材料提供了理论指导。
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