模型尺寸与纳米增强效应对PTFE/碳纳米复合材料摩擦力学性能的分子动力学研究

本研究通过原子尺度分子动力学(AA)与粗粒化(CG)方法，揭示碳纳米管(CNT)和石墨烯(Gr)增强聚四氟乙烯(PTFE)力学与摩擦学性能的机制。研究人员通过拉伸、拔出及界面剪切模拟，发现Gr较CNT具有更强的增强与减摩效应，为高性能聚合物纳米复合材料设计提供理论支撑。

　　

通过结合原子尺度分子动力学（All-Atom MD）与粗粒化（Coarse-Grained, CG）方法，本研究深入探究了碳纳米管（CNT）和石墨烯（Gr）对聚四氟乙烯（PTFE）纳米复合材料在力学与摩擦学性能方面的增强机制。研究首先通过拉伸模拟分析模型尺寸、映射方案和增强材料对PTFE力学性能的影响，发现较大模型和更高CG珠子原子数可提升计算准确性。随后建立CNT和Gr的拔出模型与热学模型，并构建界面层结构，通过对铜层施加约束剪切获得PTFE摩擦材料的摩擦系数。结果表明，Gr相较于CNT具有更强的相互作用能和更显著的增强与减摩效果。研究进一步通过界面能、热力学及摩擦学分析阐释增强机制，为先进聚合物纳米复合材料的设计提供了重要理论依据。