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第30篇一作论文被Comput. Mat. Sci.接受发表
提出了一个新的计算框架,利用分子动力学方法模拟玻璃聚合物薄膜热性质对成型过程的依赖性。以低分子量聚乳酸粗粒化模型为研究示例,证实了制备路径重要地影响玻璃聚合物薄膜的热性质。结果表明利用通常的方法由熔融本体或薄膜冷却获得的玻璃聚合物薄膜(薄膜A和C)是稳定的,而由玻璃本体获得的玻璃聚合物薄膜(薄膜B)难以松弛。在各种路径制备的薄膜中,薄膜B具有最高的势能和不同于本体的平均恒容热容。受物理气相沉积启发,提出了路径D,将薄膜B按坐标沿厚度方向分为大致相等的上、中、下等三个区,独立地控制三个区的温度依次进行恒温模拟和退火模拟。其中中间区类似于PVD中的基底。由此路径得到的薄膜D的势能Ep(代表了力学稳定性)可通过中间区的温度T0调节。随着T0的增加,Ep先下降后增加,直至超过本体的Tg,Ep趋于平稳。围绕势能最低点较宽的温度范围内,薄膜D的势能均小于薄膜C的势能。势能最低点的温度T0与本体Tg的比值非常接近于PVD优化的基底温度与本体玻璃化转变温度之比。通过比较发现,各种路径制得的玻璃聚合物薄膜的结构性质差别极小,唯一例外的是中间层粒子的键有序参数Q6,较大的Q6值解释了较大的稳定性。自相关van Hove函数表征的动力学性质证实自由表面诱导中间层粒子运动减慢,对于形成稳定的聚合物薄膜具有重要的作用。