金属铝晶面取向与表面微结构对PA66界面结合行为影响的多尺度研究OA

本文构建了跨尺度研究界面相互作用的方法,采用第一性原理和分子动力学方法,系统探讨了金属铝/聚酰胺66(PA66)复合材料中界面化学键合机制及金属铝表面微结构对界面结合强度的影响。首先,计算了Al(011)、(111)和(200)晶面上PA66的吸附行为,吸附能、键长、键角及差分电荷密度分析结果表明,PA66在Al(111)晶面上形成的Al—O和Al—N键具有更强的结合稳定性与显著的电子转移,表现出最优的界面相互作用。进一步结合Mulliken电荷与分波态密度分析,揭示了Al—O键的离子性及Al—N键的共价性。随后采用分子动力学方法计算了金属铝平面、正凹面、圆凹面、圆凸面及十字凹面五种不同微结构对界面结合强度的影响。结果表明正凹面结构界面结合能最高,较平面提高了25.9%。正凹面结构中,15Å为最佳深度,过深导致PA66渗透受限并形成空洞,过浅则削弱机械互锁;在15~30Å宽度范围内,结合能随宽度增加而提升,宽槽可减小空间位阻、增强界面接触。多尺度模拟方法成功关联量子尺度电子相互作用与介观尺度结构响应,为金属/聚合物复合材料的界面研究提供了指导。