聚合物/金属复合材料界面性能的原子尺度表征

来源：复合材料学报杂志2023年第7期北京时间：

作者：胡林慧, 段明正, 王帅, 梁立红,

摘要：聚合物/金属界面性能显著影响由金属和聚合物形成的复合材料的力学性能。结合热力学理论分析和分子动力学模拟，系统计算了几种典型聚合物(聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯 (PS))和金属(Al、Ni、Cu、Fe)形成界面的断裂能及界面强度。聚合物/金属界面的界面应力随着界面位移的增加先增加，达到强度后进入界面损伤阶段，界面应力减小，直到界面完全断裂，应力降低为0。不同聚合物/金属界面的强度大小变化趋势与界面断裂能一致，界面断裂能模拟与理论计算结果基本一致。聚合物/金属界面断裂能与金属表面能强弱有关，由于金属的表面能随着Ni、Fe、Cu、Al的顺序逐渐减小，相应形成的聚合物/金属界面的断裂能也按照聚合物/Ni、聚合物/Fe、聚合物/Cu、聚合物/Al的顺序逐渐减小；同种金属情况下，PE/金属和PP/金属的界面强度相近，且均小于PS/金属的界面强度。进一步，界面的损伤通过聚合物的自由体积演化进行了表征。研究结果为聚合物/金属复合材料的选材、设计及应用提供了依据。

关键词：聚合物/金属界面, 界面强度, 界面断裂能, 表面能, 界面能,