面向储能应用的多尺度电极材料结晶设计

电化学储能过程包含固/气/液界面反应、分层次的传质和电荷传递过程,并涉及微观-介观-宏观的跨尺度问题等.电极材料的宏观电化学性能是不同尺度影响因素的综合表现.结晶是电极材料合成的重要过程,与电极材料的功能特性紧密相关,涉及原子分子成核和晶体生长过程,具有多尺度、多因素、多层次特征.本文从结晶角度,在微观、介观、宏观尺度...     

聚合物熔体结晶的方式(Regime)理论

综述了基于链折叠概念的聚合物熔体结晶的方式理论,详述了结晶的三个方式并列举了文献提取的存在方式转变的体系,并对理论参数的获得和方式转变与形态变化的关系进行了讨论。     

剪切应力场中聚丙烯熔体在近熔点处冷却结晶的晶体结构研究

通过自主设计的动态保压注塑成型装置研究剪切应力场下聚丙烯(PP)熔体在近熔点处冷却结晶的晶体结构.用扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热法(DSC)和广角X射线衍射(WAXD)分析了PP试样在近熔点处冷却后从表层到剪切层的结晶结构的变化.SEM研究表明,与传统注塑成型样品(SL)和剪切力场中高熔体温度下冷却得到的试样(DH)相比,近熔点附近冷却得到的PP试样(DL)从表层到剪切层的结晶结构和形态有明显变化.DL从表层到剪切层均生成了尺寸较大的取向结晶结构,无明显的串晶产生.DSC研究表明,与SL和DH相比,DL剪切层无脊纤维晶熔融峰且晶片熔融温度较高,证明其样品内部晶片尺寸较大.WAXD进一步研究显示,DL内部主要晶面(110,040和130)的结晶尺寸与SL和DH相比并没有发生明显改变.     

高分子熔体结晶的两维计算机模拟

高分子熔体结晶的两维计算机模拟胡文兵，于同隐，卜海山（复旦大学高分子科学系，复旦大学材料科学系，上海，２００４３３）关键词计算机模拟，有序相变，高分子１９５６年Ｆｌｏｒｙ［１］从平均场近似的格子模型证明：高分子链的非柔顺性会导致长链的完全有序排列．此...     

聚合物限域和预有序熔体的结晶行为及结构调控

高分子物理领域的挑战性难题之一是调控高分子的结晶行为.高分子结构具有多尺度的特点,且易受到各种本征因素以及加工过程中引入的外场与受限作用的影响.高分子的结晶过程复杂多变,为避免最终产品性能的良莠不齐,促进高分子材料的实际生产和应用,需要建立高分子结构与性能的直接关系并实现对高分子结晶结构的精细化调控.本文以几种典型高分子为例,重点阐述了我们课题组在有关薄膜和纳米孔道构筑的限域空间与分子链预有序熔体对高分子结晶行为的影响、相关结晶结构调控机制以及结构-性能关系等方面的研究工作,阐明了聚合物多层次结构调控领域存在的科学问题,并展望了其未来发展方向.     

聚合物流动诱导结晶研究进展

在外力作用下,半结晶聚合物的结晶形态、结晶动力学等与静态条件下相比,均发生了较大的变化,并继而影响到成型制品的性能.自上世纪六十年代人们从溶液中发现外力诱导结晶现象以来,相继开展了大量相关的理论和实验研究,提出了一些模型,随着测试手段的改进,流动诱导结晶研究取得了较大的进展,但仍存在许多争议.本文回顾了围绕聚合物流动诱导结晶所开展的工作,重点综述了流动诱导结晶形态变化、分子量及其分布、剪切速率、温度等因素对聚合物结晶动力学的影响,并指出了今后的研究方向.     

剪切历史对尼龙熔体结晶行为的影响

采用差示扫描量热法研究了原始聚酰胺材料在经历不同的预剪切过程或应用不同设备进行剪切后其结晶行为的变化,结果表明,原始样品经过预剪切后,结晶温度升高5～10℃,半结晶时间降低到原始样品的一半.当聚酰胺材料经历很低的剪切时其结晶温度就有很大的提高,进一步提高剪切强度,结晶温度的增加趋势变缓.偏光显微镜观察表明有剪切历史的样品,球晶尺寸减小.作为对此,聚烯烃和聚酯材料的结晶对剪切历史不敏感,剪切与非剪切样品的结晶行为基本相同,据此推测聚酰胺分子间氢键可能是这种剪切记忆效应产生的原因.     

谈谈聚合物的结晶形态问题

向读者引介了聚合物球晶的三维立体电镜照片，并介绍了高分子科学近年来的新研究成果－尺寸已达厘米量级的聚合物宏观单晶体和只由一根大分子链结晶而成的高分子单链单晶的特殊形态。     

聚氨酯制备的多尺度模拟方案

针对聚氨酯材料特性设计了多尺度计算机模拟方案, 并研究了不同原料及相同原料但不同官能度对所制备的聚氨酯材料力学性能和玻璃化转变温度的影响. 基于原子级别的结构, 建立了耦合聚合反应的粗粒化耗散粒子动力学模型来描述组分扩散及交联网络结构的形成过程. 并反映射这个粗粒化结构到全原子级别来分析材料的力学性能和热力学性能. 这个多尺度研究方案也可推广到研究多个竞争性因素同时主导的复杂体系中.     

聚氨酯制备的多尺度模拟方案

针对聚氨酯材料特性设计了多尺度计算机模拟方案,并研究了不同原料及相同原料但不同官能度对所制备的聚氨酯材料力学性能和玻璃化转变温度的影响.基于原子级别的结构,建立了耦合聚合反应的粗粒化耗散粒子动力学模型来描述组分扩散及交联网络结构的形成过程.并反映射这个粗粒化结构到全原子级别来分析材料的力学性能和热力学性能.这个多尺度研究方案也可推广到研究多个竞争性因素同时主导的复杂体系中.     

塑料注射成型结晶过程三维数值模拟

采用GLS(Galerkin/least-squares)、SUPG(Streamline upwind/Petrov-Galerkin)、GGLS(Galerkin gradient least-squares)等方法对塑料注射成型过程进行三维数值模拟以获取速度、压力与温度场,基于剪切应力引起分子链取向并导致平衡熔点...     

热致型液晶聚合物的等温和非等温晶化动力学

利用等温和非等温方法详细研究了芳香族聚酯──热致型聚合物对，对’－联苯二甲酸二辛酯的结晶相和液晶相形成机理，并计算了相变过程中的表面自由能与温度系数，研究结果表明：从介晶相开始的结晶过程是二维异相成核、三维线性增长的，而从各向同性液相开始的液晶相形成过程则是二维异相成核二维线性增长的．对两个晶化过程的表面自由能的研究表明，该聚合物液晶相形成过程的相转变表面自由能比结晶过程小得多，预示了它将具有更大的晶化速率．研究还发现，该聚合物的液晶相形成过程具有比结晶过程大得多的温度敏感性．     

结晶型聚合物注塑过程冷却模型的数值模拟

对HDPE平板状注塑件的冷却过程进行了数值模拟 .基于小分子结晶性物质的冷却模型 ,建立了固相、液相及固液相界面的控制方程 ,方程中引入热焓E和参数T 后 ,将带耦合条件的热传导方程转变为非线性抛物型方程 ,按控制容积法将其离散后 ,用数学软件Matlab获得了PE的三维温度场 ,这为探讨带相转变的热传导问题提供了一种有效的数值方法 .通过对制件芯层温度变化的模拟值与实验值的比较 ,比较了不同相变温度下理论结果的准确性 ,结果表明 ,在引入一定过冷度后 ,将相变温度定义在低于平衡熔点以下时 ,该方法的模拟值具有更好的准确性 .同时 ,模型分析了不同工艺条件对制件芯层冷却过程的影响 ,通过相变平台出现的先后以及终止时间的不同 ,说明充模温度主要影响熔体阶段的冷却以及相变出现的先后 ,而模具温度主要影响固体阶段的冷却以及相变平台终止的先后 .     

NUMERICAL SIMULATION OF MORPHOLOGY OF POLYMER CHAIN COILS IN COMPLEX FLOWS

A new coupled finite element formulation is proposed to calculate a conformation tensor model in two complex flows： a planar contraction flow and a planar flow around a symmetrically placed cylinder. The components of conformation tensor are first computed together with the velocity and pressure to describe the change of morphology of polymer chain coils in flow fields. Macroscopic quantities of viscoelastic flow are then calculated based on the conformation tensor. Comparisons between the numerical simulations and experiments for stress patterns and velocity profiles are carried out to prove the validity of the method.     

聚乙烯在氧化铝模板中的结晶与取向行为

用多孔阳极氧化铝(AAO)模板制备了直径为200nm的聚乙烯(PE)纳米纤维,并用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、偏光显微镜(PLM)和X-射线衍射(XRD)方法研究了PE在二维圆柱状受限条件下的结晶与取向行为.FTIR研究表明,由于模板的限制作用,PE纳米纤维的结晶度低于本体.同时,PE纳米纤维晶体的b轴平行于模板孔洞的方向取向,而a轴垂直于孔洞的方向取向.XRD结果进一步证明,在纳米孔洞中PE晶体的b轴平行于纳米孔洞方向.PLM结果表明,在结晶过程中,晶体主要是在模板与本体的界面处成核,然后晶体呈发散状向本体和纳米纤维中竞争生长.由于PE晶体的b轴是其生长速率最快的方向,在本体中形成典型的环带球晶形貌;而在二维圆柱受限条件下,只有沿孔洞方向生长的晶体才能增长,而其它生长方向则受到抑制,造成PE晶体的b轴沿孔洞方向优先取向.     

热致型液晶聚合物的晶化动力学

本文探讨了液晶聚合物的结晶与液晶相转变动力学机理。通过不同温度下液晶化与结晶化过程的Avrami指数与生长速率的变化,提出了各聚合物液晶生长和结晶生长所可能采取的方式。此外,还对一些液晶聚合物结晶时形成的球晶进行了分析和讨论。     

最快结晶速率温度与结晶参数的关系

以经典的结晶速率与温度的关系为基础,对T_(c,max)与结晶参数的关系进行了研究.结果表明,T_(c,max)同平衡熔融温度(T_m)的比值仅与成核参数(φ)同扩散活化能(E_d)之比有关.高聚物的结晶过程可用二次成核模型近似.当结晶速率与温度的关系采用下式时 G=G_0exp[-E_d/RT-φT_m~2/T~2(T_m-T)]T_(c,max)与结晶参数的关系为 T_(c,max)=2/3T_m[1-(1+9α)~(1/2)cos(1/3)arccos1/(1+9α)~(3/2)+240°]或 α=φR/E_d=T_(c,max)(T_m-T_(c,max)~2/T_m?2(3T_(c,max)-2T_m)     

分子动力学方法研究单链聚乙烯的结晶过程

用分子动力学方法（ＭＤ）研究了单链聚乙烯在不同温度（１００Ｋ、２００Ｋ、３００Ｋ、４００Ｋ、５００Ｋ）下的结晶过程,并用能量和结构参数进行了描述．结果表明伸直分子链的结晶过程都经历了三个阶段,首先是伸直链的卷曲与聚集,然后通过链段的排列形成规整的片晶结构,最后是结晶形成的片晶在结构与能量上的涨落变化。研究表明,结晶温度越高,分子链的内聚速度越快．研究发现,分子链在内聚阶段经历一个局部凝聚的中间状态,在结晶温度很低（１００Ｋ）时,局部凝聚的结构是有序的．而在５００Ｋ时,该结构为无规线团．结晶温度的差异,一般来说,将导致得到的片晶厚度的不同．对于模拟的单链,随着结晶温度的降低而形成了较厚的片晶．该行为与聚乙烯本体结晶中片晶厚度对结晶温度的依赖性相反．在有序化阶段和之后的片晶调整运动阶段,分子链线团的回转半径基本保持不变．这与宏观多链体系的结果相同．另外,在模拟中发现,尺寸微小的单链聚乙烯晶片的扭转运动     

高分子结晶理论的新概念与新进展

回顾了传统的高分子结晶成核与生长模型,指出了该模型在应用中遇到的一些问题;同时总结了Strobl根据近年小角X射线散射结果提出的高分子结晶新机理-中介相机理.介绍了Strobl等构建的热动力学图解对熔体、中介相和片晶的转变过程,阐述了各相间的平衡转变温度、潜在的转变热以及表面自由能,说明了处于熔体和晶体之间的中介相的热动力学性质是理解高分子结晶过程的重要依据.     

等规聚苯乙烯的合成及其结晶性能

用负载型钛系催化剂ＭｇＣｌ_２／ＴｉＣＬ_４，ＮｄＣｌ_３／ＡｌＥｔ_３（ＳＮ－１催化剂）在甲苯溶剂中进行苯乙烯的定向聚合，单体转化率。催化效率和产物的等规度随单体浓度增大先是提高，达到最大值后，逐渐下降，等规度最高可达９８％．产物的分子量则随单体浓度增大而增大．ＤＳＣ测定表明，产物中的无规物（ａＰＳ）有利于等规聚苯乙烯（ｉＰＳ）结晶，但对结晶的熔点有降低作用．向产物加入更多的ａＰＳ则由于稀释效应而使ｉＰＳ的结晶度线性下降．在聚乙烯（ＰＥ）／ｉＰＳ共混物中，ＰＥ含量对ｉＰＳ的结晶度无显著影响；但在聚碳酸酯（ＰＣ）／ｉＰＳ共混物中，ＰＣ含量对ｉＰＳ的结晶度影响较复杂．