分子间范德华力对物质粘弹性的影响研究

1、分子间范德华力对物质粘弹性的影响研究粘弹性物质由于其兼具粘性及弹性的双重属性而在工程领域广受关注 , 粘弹 性性能的改变及描述对于粘弹性物质的工程应用至关重要。 然而目前用于描述粘 弹性的模型通常为弹簧和粘性阻尼体的线性组合, 这些模型需要通过大量的实验测试获取其粘性系数及弹性模量 , 存在工作量大及测量精确度不高等问题。由于粘弹性属于物质属性之一 , 当物质确定 , 则其粘度、弹性模量等也随之固 定,倘若能从分子本源角度将已知的物质分子结构、分子间作用力等微观参数与 粘弹性这一宏观物理量建立关系 , 便可根据物质自身微观性质直接预测出粘弹性。 范德华力作为分子间最主要的作用力之一 , 对物质

2、构成及物理属性有重要影响 , 故研究范德华力对粘弹性的影响 , 将有助于从微观角度解释粘弹性产生的微观机 理, 为粘弹性的工程运用及粘弹性材料的开发提供一定指导作用。本文首先运用平衡态分子模拟方法开展了外部环境参数 （温度、 密度）变化 下的单原子L-J体粘弹性的影响研究。选取粘弹性变化较大的液固共存区域p*=0.851.0,T*=0.61.5 范围, 探讨了单原子 L-J 体的粘 弹性随温度、密度的变化规律 , 并进一步探讨了范德华力对单原子 L-J 体粘弹性 的影响机理。结果表明，单原子L-J体的粘度n *随着密度升高或温度降低而升高，无穷大 频率剪切模量Gvsubx*与温度、密度正相关；

3、高频区储能模量G *及损 耗模量G*均随温度和密度的升高而增强；范德华作用成断键速率越强，n *越低, 特征弛豫时间入越小;粒子位移分布越集中，低频区物质抵抗形变能力越强；随着 粒子周围势能差 U*增大,3 loss peak*、G max*、G” max*均增大，储能、损耗模量朝高频偏移且数值增大；3 loss peak*与 U*存在线性关系,并提出了 3 loss peak*的预测公式。其次,在p *=0.9,T*=0.6下，本文开展了变势参数&、c条件下(=0.81.3、c =0.971.0 )的单原子 L-J 体粘弹性的研究。分析了 n *、Gvsubx*、G *及G*的变化规律,并探

4、讨了变势参数 下的范德华力对粘弹性的影响机理。在势参数变化下系统的静态粘弹性n *、Gvsubx*均随着、c的增大而增大，动态粘弹性G *及G*在全频率范 围内亦随着、c的增大而增大，其中，中高频区G *的增强效果尤为显著。此外, 势参数变化下的范德华力对粘弹性的作用机理与变温度、密度条件下 一致, 同样可以从范德华作用成断键过程、粒子动态位移分布及粒子周围势能波 峰波谷能量差三方面进行解释 , 且变温度密度下的 3 loss peak* 的 预测公式也适用于变势参数条件 3 loss peak* 的预测。 最后, 本文将 研究模型拓展至混合双原子L-J体,对p*=0.90.95,T*=0.60.7,a=0.81.3, ca=0.981.2 范围 内各混合比的混合双原子 L-J 体的粘弹性进行研究 , 分析了混合系统的粘弹性随 温度、密度、 L-J 势参数的变化规律 , 初步探讨了范德华力对混合双原子物质粘 弹性的影响机理 , 并进一步探究了异种粒子间的作用力对粘弹性的影响。结果表明,混合双原子L-J体的n *、Gvsubx*、G *及G*随参数 变化的规律与单原子 L-J 体基本相似 ;若粒子周围由范德华力产生的势能发生波 动, 双原子 L-J 体的粘弹模量将发生异于 Maxwell 模型的波动现象 ; 随着异种粒子 间作用力的增大 , 混合系