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Mobility of Polymer Melts in a Regular Array of Carbon Nanotubes
Journal of Chemical Theory and Computation ( IF 5.7 ) Pub Date : 2022-05-26 , DOI: 10.1021/acs.jctc.1c01281 Simon A N Alberti 1 , Jurek Schneider 1 , Florian Müller-Plathe 1
Journal of Chemical Theory and Computation ( IF 5.7 ) Pub Date : 2022-05-26 , DOI: 10.1021/acs.jctc.1c01281 Simon A N Alberti 1 , Jurek Schneider 1 , Florian Müller-Plathe 1
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In polymer nanocomposites, mechanical properties essentially depend on the alignment of nanoparticles and polymers. In this work, we investigate an entangled polymer melt in a confinement computationally, in order to get an insight into the mobility behavior of the polymer chains. The confinement consists of nanotubes, arranged in a hexagonal array. We use dissipative particle dynamics, a fast, soft-core simulation method, and reintroduce entanglement dynamics via slip-springs. We observe a distinct influence of the confinement as diffusion is increased in the direction parallel to the nanotubes. Furthermore, we observe that an orientation of the polymers parallel to the nanotubes and chains are compressed in the direction orthogonal to their primitive path. The diffusion parallel to the nanotubes increases further as we increase the nanotube volume fraction in our systems. Moreover, we investigate the slip-spring distribution in the proximity of the nanotube surfaces of our fast and simple slip-spring model, which we find to coincide with results reported for more sophisticated and expensive methods. Our DPD model shows potential applicability to a wide range of polymer nanocomposites while preserving reptation behavior, which is typically lost due to the use of soft-core models.
中文翻译：
碳纳米管规则阵列中聚合物熔体的迁移率
在聚合物纳米复合材料中，机械性能主要取决于纳米颗粒和聚合物的排列。在这项工作中，我们通过计算研究了在约束中的纠缠聚合物熔体，以便深入了解聚合物链的迁移行为。限制由纳米管组成，排列成六边形阵列。我们使用耗散粒子动力学，一种快速的软核模拟方法，并通过滑动弹簧重新引入纠缠动力学。我们观察到限制的明显影响，因为扩散在平行于纳米管的方向上增加。此外，我们观察到平行于纳米管和链的聚合物的取向在与其原始路径正交的方向上被压缩。随着我们增加系统中的纳米管体积分数，平行于纳米管的扩散进一步增加。此外，我们研究了快速简单的滑动弹簧模型的纳米管表面附近的滑动弹簧分布，我们发现这与更复杂和昂贵的方法所报道的结果一致。我们的 DPD 模型显示出对各种聚合物纳米复合材料的潜在适用性，同时保留了蠕动行为，这通常由于使用软核模型而丢失。
更新日期：2022-05-26
中文翻译：
碳纳米管规则阵列中聚合物熔体的迁移率
在聚合物纳米复合材料中，机械性能主要取决于纳米颗粒和聚合物的排列。在这项工作中，我们通过计算研究了在约束中的纠缠聚合物熔体，以便深入了解聚合物链的迁移行为。限制由纳米管组成，排列成六边形阵列。我们使用耗散粒子动力学，一种快速的软核模拟方法，并通过滑动弹簧重新引入纠缠动力学。我们观察到限制的明显影响，因为扩散在平行于纳米管的方向上增加。此外，我们观察到平行于纳米管和链的聚合物的取向在与其原始路径正交的方向上被压缩。随着我们增加系统中的纳米管体积分数，平行于纳米管的扩散进一步增加。此外，我们研究了快速简单的滑动弹簧模型的纳米管表面附近的滑动弹簧分布，我们发现这与更复杂和昂贵的方法所报道的结果一致。我们的 DPD 模型显示出对各种聚合物纳米复合材料的潜在适用性，同时保留了蠕动行为，这通常由于使用软核模型而丢失。
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