探討粉體類奈米複合材料之機械性質

Abstract

本研究旨在提出連續微觀力學模型，來描述以奈米尺寸的二氧化矽(Silica)球體為內含物，聚亞醯胺(Polyimide)奈米複合材料的機械性質。為了建立穩定且適合的二氧化矽/具聚亞醯胺奈米複合材料，藉由分子動力學(Molecular dynamic)模擬，依序完成NVT系綜及NPT系綜分析。模擬過程中檢查位勢能的變化，當能量在平均值附近變動持續一段時間，則系統達到平衡，且此分子結構達到了能量最低的狀態。藉由分子動力學模擬，可以分別計算出奈米內含物及週遭基材 (Matrix) 間的非鍵結間距(Non-bonded gap)，及非鍵結能量(non-bonded energy)。假設單位化後的非鍵結能量 (非鍵結能量除上內含物的表面積)，與球形內含物及其週遭基材互相作用之間，存在相互關係。接著發展包含球形內含物、基材以及等效介面層的三相連續微觀力學模型，以描述奈米複合材料的行為。在微觀力學模型中，等效介面層的尺寸假設為非鍵結間距，且藉由線性彈簧模型，可將單位化非鍵結能量對應為等效介面層的勁度。另一方面，由分子動力學模擬，分別給予分子結構三個方向微小的位移場，可直接計算出楊氏模數。此結果將與為微觀力學模型的結果比較。 除了分子模擬之外，將利用拉伸以及破壞實驗研究球形內含物的奈 米複合材料的機械性質。考慮20nm、200nm及1m三種不同的球形內含物，以瞭解內含物尺寸對於奈米複合材料之機械性質的影響。最後，實驗結果將與分子模擬以及連續微觀力學模型計算的結果，相互對照及比較。