文 献 综 述

一 聚乙烯

聚乙烯（PE），分子式[-CH₂-CH₂-]_n ，CAS:9002-88-4，是以乙烯单体聚合而成的聚合物，为结晶热塑性树脂。它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依赖于使用的聚合方法。聚合方法决定了支链的类型和支链度。结晶度取决件分子链的规整程度与其所经历的热历史。 聚乙烯依聚合方法、分子量高低、链结构之不同，分高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）及线性低密度聚乙烯（LLDPE）^[1]。聚乙烯的分子是长链线型结构或支结构，为典型的结晶聚合物。在固体状态下，结晶部分与无定型共存。结晶度视加工条件和原处理条件而异，一般情况下，密度高结晶度就越大。LDPE结晶度通常为55%~65%，HDPF结晶度为80%~90%。PE分子均有一定的支化度,而LDPE支化度高。在每1000个碳原子中含有15~25个甲基侧链以及少量的和丁基侧链，由于侧链或支链降低了分子的规整度，所以，会含大量支链的PE结晶度、密度和刚性均低。HDPE的支化低，每1000个碳原子的主链上只有5-7个乙基侧链，故而结晶高，密度、刚性和硬度等性能均较好。度上依赖于聚合物的分子量、支化度和结晶度，如断裂伸长率主要取决于PE密度高和结晶度大，其力学性能就好，但延展性就差，所以，了解聚乙烯结构会对其结构改性和其他改性有很大帮助。

二 结晶

结晶在聚合物材料，尤其是结构比较规整的聚合物材料中普遍存在。同时，聚合物的结晶结构直接影响材料的性能，所以聚合物的结晶一直是科学家研究的热门课题^[2-4]。聚合物的结晶过程总是伴随一些物理量（如焓、熵、构型构象、体积等）的变化，人们可以通过测定这些物理参数的转变来研究聚合物的结晶过程：结晶成核、晶体生长、晶体完善^[5]。

三 碳纳米管

从1991年碳纳米管(CNT)被发现以来^[6],其独特的结构引起了科学家的广泛关注。将片层结构的石墨卷曲起来，两边相接形成纳米级管状结构的CNT。由于这种曲面内的共轭结构，使CNT拥有良好的机械性能以及电学性能，因此广泛应用于材料^[7-9]、光电器件^[10-11]及气体存储^[12]等领域。现今，CNT最主要的应用是被作为添加剂与高分子形成复合物材料，近年来对这类材料已有大量的研究报道^[7-12]。由于CNT的加入，增加强了高分子的机械性能，并且改善了材料固有的电学性能；同时，也使得CNT的溶解度相对增加，减少了其聚集成束的现象；另外，得到的复合材料具有不同于纯高分子材料的性质。 但是在制备这类CNT-高分子复合材料的实验过程中，人们往往凭借经验制备出材料后再通过各种仪器检验其性质是否达到要求。这就使得制备出的材料大部分在性能上虽然有所改进，却并不突出。这主要是由于CNT-高分子复合材料的微观形态和形成过程很难用实验手段进行描述造成的。很难用实验方法研究，本课题拟采用分子动力学模拟方法研究受限条件下的聚乙烯结晶过程。

四 分子动力学模拟

分子动力学(molecular dynamics，MD)是一种计算机模拟方法，1957年，加州大学劳伦斯放射实验室的Alder和Wainwright^[13]首次对MD模拟的工作进行了报道，他们用硬球势模拟了粒子之间的相互作用。1964年，Rahman^[14]用实际势的MD方法模拟了流体氩。1974年，Rahman和Stillinger^[15]液态水进行了模拟，在模拟中，他们使用连续的势函数来模拟粒子间的相互作用，通过有限差分法来求解牛顿方程，并得到了一些很有意义的结果。如今，MD模拟在生物、物理、化学、材料等领域得到了广泛应用。 分子动力学基本模拟过程是在一定系统及分子势能函数已知的条件下，从计算分子间作用力着手，求解牛顿运动方程，得到体系中各分子微观状态随时间的变化，再将由粒子的位置和动量所组成的微观状态对时间平均，求出体系的压力、能量、粘度等宏观性质以及粒子的空间分布等微观结构。经典的MD模拟通过求解体系中每个原子相关的牛顿方程得到系统中每个原子受到的作用力、加速度、新速度和新位置，它表明了系统内所有原子的位置、速度以及体系能量随时间发生变化的情况。

五 课题的研究意义及前人的研究现状