聚合物材料模擬的案例
聚合物材料模擬：概述和實例
引言
聚合物材料具有從納米到微米空間尺度的多尺度性質，因此有必要仔細考慮現象和物理性能的起源尺度。盡管通過實驗和測量技術的發展已經闡明了許多機制，但模擬技術在僅依靠這些方法無法捕捉的領域中發揮著重要作用。此外，模擬技術還在使用數據科學預測物理性能方面的最近進展中發揮著互補作用。
在下文中，我們將介紹一些聚合物的代表性模擬技術、它們的合作、軟件等。這些方法按照空間尺度從最小的順序描述，因為如果關注每種方法針對的空間尺度，將更容易理解。
1、量子化學 & 密度泛函理論
該方法主要針對幾納米或更小的尺度，基于薛定諤方程計算分子和晶體中的電子態。它尤其用于評估材料的電子性質，如激發、極化、分子間力和化學反應。有分子軌道方法（MO）和密度泛函理論（DFT），可以通過將電子密度作為計算目標來減少計算負擔。這些方法中的每一種都根據如何納入電子相關性、如何選擇基函數等進行細分。
圖1. 通過DFT評估分子在銅表面的吸附能
（左圖：丙烷/丁烷/戊烷/己烷分子的吸附能曲線；右圖：計算模型）
圖1顯示了在考慮范德華力的情況下，分子吸附在銅晶體表面時，距離表面的距離與能量之間的關系的DFT計算結果（每種分子種類用點表示），以及擬合到用于分子動力學的Lennard-Jones（LJ）勢的曲線。表面吸附能在界面設計中非常重要，但在某些情況下，沒有合理的LJ勢參數，需要通過DFT或其他方法進行評估。
2、全原子分子動力學
在全原子分子動力學（FAMD）中，一個粒子代表一個原子（圖2左），每個粒子的動力學是基于牛頓運動方程計算的。作用在每個原子上的力由一個函數和參數給出，包括上述的LJ勢。FAMD可以用來評估分子結構變化（如官能團）對分子構象和動力學的影響。
展開 Fluent案例｜聚合物擠出模擬
在彈出的對話框中選擇Mesh Length Unit 為cm
創建流程
如下圖所示設置
選擇Type 為Extrusion
選擇Goal為Predict extrudate Shape
點擊按鈕Create 創建仿真流程
創建的流程如下圖所示
General設置
選中模型樹節點General ，在右側面板確認計算信息，如下圖所示
設置材料參數
點擊模型樹節點Materials → fluid ，右側面板進行如下設置
指定參數View Properties 為Viscosity law
指定Shear Rate Dependence為Cross
指定Zero Shear Viscosity為85000
指定Time Constant為0.2 s
指定Cross Law Index為0.3
Cross模型常用于許多聚合物材料特性模擬，其材料特性表現為剪切稀化（粘度隨著剪切速率增加而降低）。該模型表達式為：
其中，為參數Zero Shear Viscosity，為Time Constant，為Cross Law Index，為剪切率。
展開 塑膠材料篇：聚合物的聚集態結構，對聚合物性能的影響
上篇介紹了高分子鏈結構對材料基本性能的影響，但由于聚合物是由許多高分子鏈聚集而成，有時即使相同鏈結構的同一種聚合物，在不同的加工成型條件下，也會產生不同的聚集態，所得制品的性能也會截然不同，因此聚合物的聚集態結構對聚合物材料使用性能的影響比高分子鏈結構更直接、更重要。
聚合物的聚集態指的是高分子鏈之間的排列和堆砌狀態，不同大分子鏈通過分子間的作用力聚集成為聚合物。
一、分子間的作用力類型：
其中，高分子鏈的形成主要靠主價力（化學鍵）；而高分子鏈聚集成聚合物主要靠次價力（分子間的力）。
1、范德華力：沒有方向性和飽和性。
其中，色散力存在于一切分子中，是范德華力最普遍的一種，在非極性分子中，分子間的作用力主要是色散力，如PE、PP、PS。
2、氫鍵：具有方向性和飽和性。
氫鍵的形成條件是一個電負性強、半徑小的原子X與氫原子H形成的共價鍵(X－H)，而這個氫原子又與另外一個電負性強、半徑小的原子Y以一種特殊的偶極作用結合成氫鍵(X－H···Y)。
氫鍵的形成可以是分子內，也可以是分子間。
分子間形成氫的高聚物有聚丙烯酸、聚酰胺等。
二、聚合物的聚集態結構
以上各種分子間的作用力共同其作用才使得相同或不同分子聚集成不同狀態的聚合物，此時的聚合物聚集態結構主要包括分為晶態結構、非晶態結構、液晶態結構和取向態結構。
1. 晶態結構（含晶區和非晶區）
2. 非晶態結構（長程無序，近程有序，均相，各向同性）
3. 液晶態（介于晶態和非晶態之間，物理狀態為液體，又具有晶體的有序性）
4.
展開 寧波材料所在短切碳纖維增強聚合物材料導熱性能方面取得進展
短切碳纖維是由碳纖維長絲經纖維短切而成，相較于碳纖維長絲可以更均勻地分散在基體材料中。短切碳纖維不僅具有超高的機械強度、較低的密度及良好的熱穩定性，而且是一種性能優異的導熱材料，是提高聚合物材料導熱性能的理想導熱填料。但是，一維材料存在嚴重的導熱各向異性，如何充分控制短切碳纖維在聚合物基體材料中呈豎直取向，從而充分利用碳纖維的軸向高導熱性能得到具有優異縱向熱導率的復合材料是研究的關鍵。常用的方法是通過對短切碳纖維施加外電場，使碳纖維沿豎直方向取向。但是這種方法需要較強的電場強度且工藝較為復雜，另外復合材料厚度受限于纖維的長度，較難得到厚度適宜的導熱復合材料。
鳳凰供應環氧樹脂https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48338.html
基于上述問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所表面事業部功能碳素材料團隊通過利用單軸溫度場下冰晶的定向引導作用，使得短切碳纖維沿豎直方向取向，得到了具有“微蘆葦叢”結構的碳纖維多孔泡沫，其制備流程和微觀結構如圖1所示。“微蘆葦叢”結構充分利用碳纖維的軸向高導熱增強聚合物材料的導熱性能。該方法制備的復合材料的熱導率高達6.04 Wm-1.K-1，并且得到的復合材料具有良好的柔順性，有望代替傳統的聚合物材料解決電子電氣設備的散熱問題。
相關工作已發表在化工領域的核心期刊（Chem. Eng. J., 2019, 375, 121921），并獲得國家自然科學基金（51573201和U1709205）、浙江省公益技術應用研究計劃（2016C31026）和3315創新團隊等項目資助。
展開 
用于熱管理的分層導熱聚合物納米復合材料
來源 | Applied Materials Today
01
背景介紹
由于固體材料的導熱系數與電氣系統的溫度變化成反比，這就要求導熱材料表現出與溫度相適應的熱傳輸能力，并集成到動態負載條件的電氣系統的熱管理中。管理電導體中的熱量是滿足能源可持續使用和電力可靠性需求的一個主要挑戰，尤其是在電力電子設備和能源關鍵型電機中更為重要。要實現這些不同的功能，如熱可靠性和電可靠性，就需要合理地設計導熱材料的結構。
02
成果掠影
近期，布法羅大學Shenqiang Ren研究團隊提出了分層導熱納米復合材料，由納米結構陶瓷共形涂層和混合排列的超高分子量聚乙烯纖維組成，可定制電導體的散熱。混合排列的熱界面具有非常理想的各向異性高導熱系數，可達0.98W/mK，介電強度為3.4。此外，電隔熱界面在動態負載條件下表現出高性能和可靠的電氣系統。在相同的電負載下，非均勻陶瓷-聚合物封裝導體的表面溫度比聚合物封裝導體低17.8℃。研究成果以“Hierarchical thermal-conductive polymer nanocomposites for thermal management”為題發表于《Applied Materials Today》。
03
圖文導讀
圖1 a. 由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和陶瓷涂層組成的導熱材料示意圖。(I)排列UHMWPE纖維。（II）陶瓷涂層UHMWPE纖維。（III）異質陶瓷UHMWPE薄膜。（IV）異質薄膜涂層銅線。
展開 導熱聚合物材料的發展趨勢：關鍵因素、進展與展望
基于連續介質理論發展的主要模型包括聲學失配模型(AMM)和擴散失配模型(DMM)，它們忽略了原子的實際結構，只適用于溫度小于30k的固-固界面，在原子理論基礎上發展起來的理論來源于充分考慮原子微觀結構的各種模擬，主要包括晶格動力學、格林函數方法、分子動力學模擬(細分為非平衡分子動力學(NEMD)和平衡分子動力學(EMD)模擬)、玻爾茲曼輸運方程和蒙特卡羅方法。目前的ITR測量技術主要有穩態測量(包括傳統的加熱傳感器法和電子束自熱法)和瞬態測量(包括差分??法和泵探針熱反射技術)。
通過降低界面熱阻，如不同填料之間的協同效應、填料的表面功能化、建立三維互聯框架結構、導熱填料的取向以及鍵合增強的界面熱傳遞等手段，促進聚合物復合材料的高效傳熱。由于導熱過程受多個變量的影響，深入了解多種因素對導熱過程的協同影響對于改進導熱聚合物復合材料具有重要意義。然而，對影響聚合物復合材料導熱性能的關鍵因素的綜合評述相對較少。
與以往的相關綜述相比，本文從宏觀到微觀層面對材料的導熱機理進行了全面的總結，有利于讀者對材料內部的導熱機理有更深入的認識。其次，本文還對高分子復合材料的影響因素進行了全面的覆蓋，為制備導熱性能優異的復合材料提供了有效的參考。也從過去七年的300多篇研究論文中分析了高導熱性和電絕緣材料的挑戰和發展趨勢。本文對導熱填料和聚合物復合材料的加工方法進行了系統、全面的總結，并給出了一些工程應用。此外，還強調了最新的研究熱點(如三維導熱網絡的建立)，導熱聚合物復合材料的簡要概述如圖2所示。
圖2.本文回顧的技術要點的全景視圖。
01
熱傳導機制
電子、聲子和光子是固體熱傳導的主要載體。物質的熱傳導是由這些粒子的碰撞和相互作用產生的。
展開 溫敏聚集誘導發光聚合物本體材料
來源：高分子科學溫敏熒光聚合物是指熒光強度或波長隨溫度變化而發生顯著變化的新型功能聚合物材料，可廣泛應用于智能器件、記憶材料等領域。已報道的溫敏熒光聚合物主要集中于水溶性聚合物，如聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)，利用PNIPAM水溶液的溫度響應實現聚合物材料熒光的溫敏特性。然而，聚合物材料大多以固體形態使用，開發新型溫敏熒光聚合物本體材料具有重要意義。
基于以上背景，中山大學材料科學與工程學院梁國棟教授課題組將結晶-熔融相轉變引入溫敏熒光聚合物本體材料的設計之中。通過聚合物的結晶-熔融轉變實現聚合物本體的溫敏特性，采用后修飾的方法在聚合物鏈中引入聚集誘導發光(AIE)生色團，合成了聚集誘導發光基團修飾的結晶性聚酯材料PCB-TPE，對PCB-TPE的熒光-溫度響應行為進行了系統研究。
PCB-TPE在良溶劑(THF)中熒光很弱，但在劣溶劑(水)中發射藍色熒光，表現為典型的AIE特性。
圖1. PCB-TPE在不同THF/H2O溶劑比例下的(a)熒光譜圖和(b)熒光強度值隨水含量的變化關系圖
該聚合物在溫度為-10~60 °C的區間內具有肉眼可見的熒光強度變化。升溫過程中(圖2)，熒光強度隨溫度的升高而下降，-10 °C下熒光強度為60 °C下的35倍。在低溫下，聚合物結晶，AIE生色團的分子內運動受到限制，熒光強度高；溫度升高后，聚合物晶體熔融，分子鏈運動能力增強、自由體積增加，AIE生色團的分子內運動逐步“解凍”，消耗了激發態能量，導致聚合物熒光強度顯著下降。
圖2. 升溫過程中(a)熒光光譜和(b)DSC曲線及470 nm處熒光強度隨溫度變化關系圖
降溫過程中材料的熒光變化趨勢正好與升溫過程相反(圖3)。
展開 案例 | 利用Digimat快速評估聚合物炸藥的材料性能
它是以TATB為主體，加入粘結劑粉末壓制成形的復合材料，由于具有優異的力學性能和安全性能而得到廣泛應用。通過Digimat-FE可以快速評估組成成分對炸藥性能的影響。
主要亮點
應用產品：Digimat-FE
行業：軍工領域
具體應用：快速評估材料性能
挑戰
TATB基PBX內部包含著大量不規則、跨尺度的孔隙，研究孔隙對TATB基PBX力學性能的影響規律，對認識炸藥的承載能力和結構失效機制均具有重要意義。由于孔隙結構形態復雜且無序分布，再加上目前實驗手段的限制，難以從實驗上建立孔隙與PBX宏觀力學性能的定量關系。以材料微觀結構為基礎的熱力學數值預測模型，用代表體積元法（Representative Volume Element，RVE）可有效解決這個問題。采用Digimat-FE模塊中的RVE建模方法，建立了填充相、基體相和氣孔相三相有限元計算模型。
Digimat-FE 示意圖
具體操作流程
首先對材料特性進行設定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項的設定，和氣泡作為夾雜相的設定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分數設定為70%，孔隙度設定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結劑，可以從生成的下表中看出實際生成的TATB體積分數為0.692509，空穴的體積分數為0.0500096，與設定誤差非常小。
材料組成及RVE微結構設置生成
RVE單元各相體積分數比
然后利用內置前處理劃分網格。20秒鐘后，系統自動幾何網格，并劃分合適的網格。
接下來需要劃分設定載荷，FE當中支持內部設定載荷，可以設定軸向，雙軸，剪切等載荷類型。
展開 聚合物半導體材料與憶阻器領域新進展！
因此，亟需開發新型電子材料與新原理信息技術，來解決微電子器件面臨的摩爾定律極限以及馮?諾依曼瓶頸等問題。
上海交通大學化學化工學院劉鋼研究員與合作者，結合Suzuki偶聯聚合和“Click”點擊化學反應設計合成了一種具有二茂鐵和三苯胺氧化還原雙活性測鏈基團的新型聚芴衍生物PFTPA-Fc材料，并利用其固態三重氧化還原憶阻行為制備了柔性憶阻器原型器件。利用該器件的模擬憶阻行為不僅能夠執行十進制四則算術運算，還可以完成基本的二元布爾邏輯操作，從而在單一聚合物憶阻器中實現多值信息存儲與處理功能的集成，為發展高性能、低功耗的存算一體器件與芯片提供了新的材料體系和理論基礎。
圖2.（a）PFTPA-Fc的結構式、（e）Electrostatic Potential分布、（c）不同阻態下的熒光圖譜、（d）十進制除法與（e）邏輯運算功能
來源：材料科學與工程
展開 具有優異的電絕緣、高導熱性能的聚合物復合材料
來源 | Composites Science and Technology
01
背景介紹
熱管理在現代工業和技術中發揮著越來越重要的作用，導熱材料已成為眾多電子產品和大型設備(包括能源設備、航天飛行器等)不可或缺的一部分。大多數金屬和陶瓷一般都是理想的導熱體，這可以分別歸因于電子熱傳導和相對完美的晶格振動。聚合物良好的可加工性和電絕緣性能使其在熱管理中不可或缺，但其隨機盤繞的共價分子鏈會產生強烈的聲子散射，由此產生的低導熱系數極大地限制了其在散熱中的應用。
通過提高分子鏈的結晶度和有序度，聚乙烯纖維、聚乙烯薄膜、聚乙烯氧化物纖維和聚苯并二惡唑纖維獲得了優異的導熱系數。這為輕質、可加工和絕緣導熱材料開辟了兩個新思路。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)以其優異的力學性能、低密度、良好的耐化學性、高耐磨性等特點而備受關注。最近的研究已經擴大了在熱管理中使用聚乙烯的可能性。
超高分子量聚乙烯纖維具有較高的導熱系數和優良的絕緣性能，非常適合在電絕緣領域發展為導熱材料。目前，絕緣導熱材料主要是填充導熱填料，然而在高填充量下面臨導熱系數惡化、密度高、可加工性差等棘手問題。利用超高分子量聚乙烯纖維開發全聚合物復合材料有望解決上述問題。但目前很少有研究對超高分子量聚乙烯纖維復合材料的導熱系數進行研究，導熱系數大于10 W/mK的超高分子量聚乙烯復合材料更是罕見。
02
成果掠影
近期，北京大學白樹林教授在開發具有高導熱和電絕緣性能的聚合物復合材料取得新成果。
針對開發具有優異機械性能、電絕緣、高導熱的全聚合物復合材料，通過熱壓法制備了種具有（0°/90°、±45°）兩種取向結構的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維/環氧樹脂復合材料。
展開 陶瓷/金屬/聚合物多材料3D打印在一起：CeraFab Multi
南極熊導讀：多材料3D打印正在成為科技前沿的熱點，但絕大部分的多材料3D打印是同類型材料的復合，比如不同的金屬材料嫁接打印，不同高分子材料的混合打印。如果有一種技術能將陶瓷與金屬或聚合物3D打印在一起，會發揮出什么樣的價值呢？
增材制造技術如今在諸如醫療、電子和航空航天等領域正日益發揮出引領創新的作用，尤其是在現有應用方案無法更進一步而需要突破某些瓶頸的時候。其中，復合材料3D打印受到了格外廣泛的關注，因為它能夠為制造特定具有改進性能的功能部件提供額外的可能性。
Lithoz 作為陶瓷增材制造的全球市場引領者和技術先驅 ，一直在開發突破性的多材料3D打印技術。如今借助Lithoz全新推出的多材料3D打印機，增材制造不再局限于單項材料。CeraFab Multi 2M30充分利用了增材制造的全部潛力，可在單個組件中對陶瓷、金屬和聚合物等不同材料及其特性進行組合處理。
△CeraFab Multi 2M30 復合材料3D打印設備
通過將設計空間擴展到不同的材料，復合材料的一體打印成型將使得3D打印零件的顛覆性設計成為可能，通過多種材料的復合成型，組件中的一部分到另一部分即可實現材料成分與結構的改變，從而達到某種屬性或功能的對應變化。這樣具有不同成分和/或微觀結構的特殊類型高級復合材料，也被稱為功能梯度材料（FGM）和功能梯度結構（FGS）。無需進行后道的連接或組裝，即可實現高度復雜的形狀與不同材料相結合的結構，非常適用于替換傳統分體式設計的組裝部件。
△CeraFab Multi 可以實現的復合材料的潛在結構設計組合
CeraFab Multi 2M30的成型艙由兩個料盤系統組成。兩個獨立的料盤系統意味著陶瓷可以與其他陶瓷、聚合物或金屬結合。
展開 
一種定向排列的三維氮化硼聚合物復合熱界面材料
來源 |
Journal of Colloid And Interface Science
01
背景介紹
隨著第五代通信、大功率集成芯片和鋰離子電池的發展，對散熱提出了更高的要求，促使對導熱絕緣熱界面材料(TIMs)的需求快速增長。高分子材料以其優異的可加工性、重量輕、成本低等特點受到人們的青睞。然而，聚合物的固有熱導率通常很低(0.1 ~ 0.5 W/mK)。采用具有高導熱性的填充材料是一種直接有效的策略，可以顯著提高聚合物的導熱性。
六方氮化硼(BN)是一種二維片層陶瓷材料，其面內導熱系數約為300 W/mK，面外導熱系數為30 W/mK。良好的電絕緣性使BN在電子設備的熱管理應用中具有獨特的優勢。然而，由于填料與聚合物基體之間存在較大的界面熱阻，采用傳統的直接共混方法得到的填料/聚合物復合材料的導熱系數通常不理想。在聚合物復合材料中構建三維連續導熱填充網絡已被證明是降低界面熱阻和促進聲子快速傳輸的有效策略，已受到廣泛關注。
此外，BN在整個聚合物中的垂直排列可以進一步充分利用BN良好的面內導熱性，使復合材料的縱向導熱性顯著增強，以滿足TIMs高效垂直散熱的需求。已經開發了各種方法來實現填料的垂直對齊，例如3D打印，外場控制，冰模板法等。通過定向凍結，填料沿著冰晶生長方向排列，形成三維互聯的垂直排列骨架，顯著增強了復合材料的導熱性。因此，開發一種更簡單、更具成本效益的冰模板工藝來實現BN的遠距離垂直有序排列，從而促進高性能TIMs的規模化生產是非常必要的。
展開 一種具有自我感知的聚合物復合材料
應變敏感的“智能”材料可以監測自身的應變和內部損傷狀態
材料的電和機械響應之間的耦合是稱為壓阻的現象。這種耦合現象可以用來開發能夠自我監測自身應變和內部損傷狀態的應變敏感'智能'材料。
在聚合物復合材料中實現這一目標的一種方式是通過將導電碳納米結構引入非導電聚合物中。在包含足夠的碳納米結構時，聚合物復合材料變成導電的 - 這種現象稱為電滲流。在滲濾時，應變，濕度，溫度和其他外部激發的變化導致納米復合材料的電導率變化，并且它們的相關性可用于開發自感應智能材料。
壓阻和填充碳納米結構的聚合物復合材料能夠電感應它們自身的變形和損壞的能力在Francis Aviles等人的評論文章中進行了討論，該文章涵蓋了從最初使用炭黑和石墨作為填料的努力到關于碳納米管和石墨填料的最新研究。
預計這些材料的當前應用將為汽車，航空航天，運輸和能源行業提供下一代智能材料。特別是對于熱固性聚合物，這些納米復合材料的應用正迅速向纖維增強多尺度分層復合材料中的應變和損傷的自感應發展，該復合材料幾乎可用于需要高承載能力的復合材料的各種工業應用中，自我感覺。
另一方面，碳填充彈性體材料的應用更多地集中于人體運動傳感器，軟皮，智能可穿戴傳感器和機器人技術，其主要條件是大變形。然而，諸如非線性，循環再現性，不期望的粘彈性響應和滯后現象等問題是需要解決的基于這些材料的商業裝置的進一步發展的實際問題。
來源：汽車輕量化CFRP
展開 案例 | 利用Digimat快速評估聚合物炸藥的材料性能
它是以TATB為主體，加入粘結劑粉末壓制成形的復合材料，由于具有優異的力學性能和安全性能而得到廣泛應用。通過Digimat-FE可以快速評估組成成分對炸藥性能的影響。
主要亮點
應用產品：Digimat-FE
行業：軍工領域
具體應用：快速評估材料性能
挑戰
TATB基PBX內部包含著大量不規則、跨尺度的孔隙，研究孔隙對TATB基PBX力學性能的影響規律，對認識炸藥的承載能力和結構失效機制均具有重要意義。由于孔隙結構形態復雜且無序分布，再加上目前實驗手段的限制，難以從實驗上建立孔隙與PBX宏觀力學性能的定量關系。以材料微觀結構為基礎的熱力學數值預測模型，用代表體積元法（Representative
Volume
Element，RVE）可有效解決這個問題。采用Digimat-FE模塊中的RVE建模方法，建立了填充相、基體相和氣孔相三相有限元計算模型。
Digimat-FE 示意圖
具體操作流程
首先對材料特性進行設定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項的設定，和氣泡作為夾雜相的設定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分數設定為70%，孔隙度設定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結劑，可以從生成的下表中看出實際生成的TATB體積分數為0.692509，空穴的體積分數為0.0500096，與設定誤差非常小。
材料組成及RVE微結構設置生成
RVE單元各相體積分數比
然后利用內置前處理劃分網格。20秒鐘后，系統自動幾何網格，并劃分合適的網格。
接下來需要劃分設定載荷，FE當中支持內部設定載荷，可以設定軸向，雙軸，剪切等載荷類型。這里我們設置沿x軸拉伸。
展開 俄羅斯研發出聚合物復合材料合成新方法
俄羅斯科學院西伯利亞分院催化研究所在采用含鈦催化劑合成聚乙烯的聚合工藝過程中直接添加碳納米管，所獲得的聚合物復合材料中碳納米管分布均勻，具有強度高、抗輻照和低溫老化的性能特點。相關成果發布在《Composites Scienceand Technology》期刊上。
該技術基本工藝過程是，先在多層碳納米管的表面固定含有氯化鈦的聚合催化劑的納米顆粒，再將處理后的碳納米管置于反應釜中進行乙烯聚合以形成聚合復合材料。從熔融態乙烯轉變成固態聚乙烯的過程中會形成由非晶態分子聯接的晶體單元，晶體單元越多，則聚合物材料的密度越高，相應材料的剛性、拉伸強度和對化學物質作用的穩定性越高。聚合物材料的Ｘ射線相分析發現，碳納米管是乙烯聚合化的中心，晶體形成的觸發和生長首先是發生在納米管表面，之后深入到聚合物的其他部位。https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48397.html
進一步的研究發現，碳納米管上生成晶體單元的量直接取決于復合材料中納米管的含量，只有在多層碳納米管含量高的情況下才能得到大量的晶體，并且碳納米管可作為晶體定向晶種決定聚乙烯鏈的方向。此項成果可用于特定功能聚合物材料的制造，賦予材料新的特定性能。科研人員計劃下一步開始項目的中試生產。
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