聚合物纳米复合材料是通过将各种形状的纳米颗粒加入到聚合物基体中而获得的，具有优于纯聚合物的各种性能，如力学性能、光学性能、导热性能等。近年来，碳纳米管由于其独特的力学性能、电学性能受到了广泛的关注[1-2]。此外，碳纳米管也在其它领域显示了一定的应用潜力，包括节能、光学传感器、电场显示器、纳米半导体器件等。若要完全实现碳纳米管/聚合物纳米复合材料的性能，则必须要保证聚合物与碳纳米管的纳米复合。

在实际应用中，由于熵和焓的共同作用，很难实现无机碳纳米管在有机聚合物基体中均匀分散，往往有大量的聚集体形成。特别是当碳纳米管体积分数较大时，聚集体之间相互连接从而形成三维物理网络结构，这种物理网络结构对动态力学性能有显著的影响。例如，通过橡胶加工分析仪(RPA)进行动态剪切扫描，可以观察到材料的储能模量(G′)随着动态应变幅度的增加而呈现非线性减小，并且随着填料填充量的增加，非线性行为更加明显，该现象被称为Payne效应[3]。但是对于未填充的聚合物材料，其G′基本上不随应变幅度的增大而变化。聚合物纳米复合材料的Payne效应对于节省能源和保护环境都具有十分重要的意义，例如，降低材料的非线性行为可以减小汽车轮胎的滚动阻力，从而降低汽车在轮胎上的能量损耗。目前对于Payne效应的解释主要有以下几种观点：(1)认为Payne效应是填料纳米颗粒聚集体之间的相互连接在形变过程中的破坏所引起的，或者称为填料网络结构的破坏[4]；(2)认为Payne效应主要来自于填料周围形成的所谓聚合物玻璃化层[5]；(3)认为Payne效应是通过分子链段连接的长程填料网络结构破坏引起的[6]。直至目前，Payne效应机理依然处于争论之中。

为保障港珠澳大桥的桥体安全与桥体附近水域的通航安全，需要在九洲桥、江海桥、青州桥通航孔两侧设置相应的桥墩警示标志，其中九洲桥设置8座，江海桥10座，青州桥8座，共26座，位于港珠澳大桥桥梁段南北侧各13座。在原设计方案中，这26座为采用市电供电，后期由于供电电缆敷设困难，需对供电方式进行变更，采用太阳能供电。考虑到大桥北侧的13座警示标志白天大多时候处于桥梁阴影下，太阳能转换效率低，为确保太阳能供电稳定、可靠，需对太阳能供电系统进行重新设计改造。

由于分子模拟技术有可以对实验模型和实验中的各个参数进行定制的特点，近年来已经成为传统实验方法外的重要研究手段。但是，目前分子动力学模拟研究主要集中于复合体系的热力学与动力学、分子结构与活动性、分散与形貌以及静态力学行为等[7-8]，很少涉及材料的动态性能如Payne效应的模拟。Raos等[9] 采用耗散粒子动力学模拟，研究了球形填料填充的聚合物纳米复合材料的 Payne 效应。Arya等[10]则采用分子动力学模拟，研究了表面接枝对于球形填料填充的聚合物纳米复合材料的黏弹性能的影响。然而，国内外关于碳纳米管/聚合物纳米复合材料的Payne效应的分子动力学模拟研究还很少。

本文采用分子动力学模拟方法对碳纳米管/聚合物纳米复合材料的Payne效应进行了研究。通过改变碳纳米管的长径比、含量以及其与聚合物基体之间的相容性等参数，希望寻找出有效调节与控制碳纳米管/聚合物纳米复合体系Payne效应的方法，为制备高性能聚合物纳米复合材料提供科学依据与理论指导。

1　模型与模拟方法

1.1　粗粒度模型

构建碳纳米管在聚合物基体中的粗粒度模型时，聚合物分子链采用Kremer和Grest的珠簧模型[11]。聚合物分子中每条链长30个珠子，每个珠子直径为1 σ，σ为长度的约化单位，也就是LJ势能的参数。虽然这些分子链比较短，但是已经表现出聚合物分子链的静态和动力学行为了。模型中的每个分子键对应于真实体系链骨架上的3～6个C—C化学共价键。

碳纳米管也采用珠簧模型，每个珠子直径为1 σ。在模拟中，碳纳米管长径比从10变化到18，如果把模拟中的粗粒度珠簧模型对应到真实体系，若设定单元结构的直径σ=2 nm(约为单壁碳纳米管的直径)，那么模拟应该可以对应单壁纳米短管填充的聚合物纳米复合材料，具体的模拟体系见表1。

表1　模拟体系参数

模拟体系碳纳米管直径D/σ碳纳米管长度L/σ碳纳米管数目N(根)w(碳纳米管)/%1110457.02115153.63115307.041155011.151158016.76118257.0

1.2　力场参数

聚合物分子链成键势能E计算公式如式(1)所示。

[5]　PAPON A,MONTES H,HANAFI M,et al.Glass-transition temperature gradient in nanocomposites：evidence from nuclear magnetic resonance and differential scanning calorimetry[J].Physical Review Letters,2012,108(6)：065702.

(1)

式中：k=30ε/σ2；R0=1.5σ；r为两个珠子之间的距离；σ为约化长度单位；ε为能量单位。聚合物分子链非成键珠子之间的相互作用采用Lennard-Jones势能Uij(r)计算，如式(2)所示。

(2)

式中：常数C用于保证势能函数Uij(r)为连续函数；ε=1.0；r为截断距离，设为2.5σ。

碳纳米管与碳纳米管、碳纳米管与聚合物之间的相互作用也都采用Lennard-Jones势能来表示，其中通过改变势能阱εnp来调节碳纳米管与聚合物基体之间的相容性。考虑到实际实验中可以通过加工工艺如强剪切流场等减少碳纳米管在聚合物基体中的团聚，因而在模拟体系中，碳纳米管与碳纳米管之间的相互作用设为排斥作用，即截断距离为1.12σ，如图1所示，图1中红色球表示碳纳米管，聚合物分子链未在图1中显示。从图1可以看出，碳纳米管在聚合物体系中基本没有团聚出现。

图1　不同长径比的碳纳米管模拟体系快照图

为保证碳纳米管的刚性，对碳纳米管上相邻的三个珠子加入了弯曲势能Ub(r)[12]，如式(3)所示。

Ub(r)=K(θ-θ0)

(3)

式中：K=500 ε/rad2；θ0=π，即为180°；θ为连续3个珠子所形成的夹角。

1.3　动力学模拟

碳纳米管与聚合物基体之间的相容性对聚合物纳米复合材料G′的影响如图4所示，固定碳纳米管长径比为15，碳纳米管数目为30根，碳纳米管与聚合物基体之间的相互作用参数εnp从1.0变化到12.0。

采用SLLOD运动积分方程，对模拟体系进行非平衡态分子动力学模拟，实现周期性振荡剪切模拟。为实现模拟盒子剪切形变的模拟，采用 “Lees-Edwards”边界条件[13]。

在周期性剪切过程中，剪切应变是时间的正弦函数，如式(4)所示。

γ(t)=γ0sin(2πvt)

(4)

式中：γ0为最大剪切应变振幅；v为剪切频率；γ(t)为即时剪切形变；t为剪切的施加时间。

模拟中，固定剪切频率为v=0.01τ-1，考察了模量随剪切振幅的变化情况。剪切应力应为滞后的正弦函数，如式(5)所示。

σ(t)=σ0sin(2πvt+δ)=σ′sin(2πvt)+

泵站利用上游余水反向发电时应该从水泵在发电时需水量多少、输出功率大小、投资金额等情况综合考虑，选择合理的运行方式，若选择不恰当，将造成很大的经济损失。江都三站采用堤后式厂房，进水流道为近似平面蜗壳流道，出水流道为虹吸式，出水流道为真空破坏阀断流，发电时抽真空，使站出水池的水翻越虹吸管驼峰，上下游水流沟通，形成虹吸倒放水，冲转水泵叶轮（类似水轮发电机），待电机转速接近50%额定转速时合上高压断路器,并网方式为自同期并网。

σ″cos(2πvt)

(5)

式中：δ为损耗角；σ0为最大剪切应力振幅；σ(t)为即时剪切应力；v为剪切频率；t为剪切的施加时间；σ′和σ″分别为复模量的同相分量和非同相分量。G′、损耗模量(G″)、损耗因子(tan δ)的计算如式(6)～式(8)所示。

G′=σ′/γ0

2012年～2017年在信息素养主题研究发文10篇及以上单位共有33家，从其分布看到，如中山大学、暨南大学、广州大学、北京大学、西安科技大学、石河子大学、上海交通大学、南通大学、武汉大学、南京大学、吉林大学等诸多高等院校是近6年来研究信息素养主题的主力单位，特别是东北师范大学、华中师范大学、沈阳师范大学、华东师范大学、北京师范大学、华南师范大学、西北师范大学、辽宁师范大学、南京师范大学、曲阜师范大学、四川师范大学、河北师范大学、牡丹江师范学院、首都师范大学、广西师范大学、重庆师范大学共16家，占据48%，也可以表明我国目前研究信息素养的核心作者群、核心机构也分布在我国高等师范院校内。

(1) 建立了碳纳米管/聚合物纳米复合材料的粗粒度模型，通过分子动力学模拟计算，得到了材料的黏弹性能。并用模拟体系的快照图表征了碳纳米管在聚合物基体中的分散情况。

(6)

G″=σ″/γ0

(7)

tan δ=G″/G′=σ″/σ′

(8)

实验中所有的分子动力学模拟均在Sandia National Laboratories开发的大尺度原子/分子大规模并行模拟器(LAMMPS)[14]中运行。

2　结果与讨论

2.1　碳纳米管的长径比对Payne效应的影响

[1]　COLEMAN J N,KHAN U,BLAU W J,et al.Small but strong：a review of the mechanical properties of carbon nanotube-polymer composites[J].Carbon,2006,44(9)：1624-1652.

图2(a)显示了碳纳米管的长径比对G′的影响。对于一个碳纳米管填充的模拟体系，随着剪切振幅γ0的增加，其G′都有所下降，这种G′对剪切振幅的依赖性就是所谓的Payne效应。G′随着剪切振幅的下降程度越大，Payne效应越显著。从图2(a)可以看到，随着碳纳米管长径比降低，材料的Payne效应有所下降，这与实验观察到的现象一致[15]。在碳纳米管与聚合物基体界面上，聚合物分子链的活动性往往会受到碳纳米管的影响而减弱，形成所谓的“聚合物壳层”。因此，Payne效应随着碳纳米管长径比的下降而降低，原因是碳纳米管长度降低的同时颗粒数量增加，相互之间距离更为均匀，分散状态更好，碳纳米管之间通过表面“聚合物壳层”相连的局部网络结构也越弱。此外，在同等剪切振幅下，G′随着碳纳米管长径比的增加而增加，这意味着材料的增强效果也更好。

γ0 (a)

γ0 (b) 图2　碳纳米管长径比对聚合物纳米 复合材料黏弹性能的影响

碳纳米管长径比对材料的损耗因子tan δ的影响如图2(b)所示。在模拟体系中，由于碳纳米管基本没有团聚，故聚合物纳米复合材料的内耗主要来自于聚合物基体的滞后损失。从图2(b)可以看出，随着碳纳米管长径比的增加，材料的损耗因子有所下降，表明长径比大的碳纳米管对聚合物分子链的影响更大，使聚合物分子链的弹性响应更为明显。但是，在较大尺度下，聚合物分子链则主要体现为黏性响应，因此在最大剪切振幅γ0≥0.5的情况下，不同长径比对应的聚合物纳米复合材料的损耗因子都有所增加。

2.2　碳纳米管含量对Payne效应的影响

碳纳米管含量对聚合物纳米复合材料黏弹性能的影响如图3所示，碳纳米管长径比固定为15，碳纳米管与聚合物基体之间的相互作用参数设为εnp=1.0。

γ0 (a)

γ0 (b) 图3　碳纳米管含量对聚合物纳米复合材料黏弹性能的影响

从图3(a)可以看出，即使碳纳米管没有团聚，随着碳纳米管含量的增加，材料的Payne效应也显著提高。这是因为随着碳纳米管数目的增加，碳纳米管之间的平均距离缩短，通过表面的“聚合物壳层”连接的局部网络结构也越强。另外，在同等剪切振幅下，G′随着碳纳米管含量的增加而增加，意味着材料的增强效果也越好。从图3(b)可以看出，由于碳纳米管基本没有团聚，所以随着碳纳米管含量的增加，碳纳米管与聚合物基体之间的接触面也越大，使得更多的聚合物分子链受到碳纳米管的影响而具有更大的弹性响应。类似地，由于聚合物分子链在大剪切振幅情况下(γ0≥0.5)的流体动力学效应，使得聚合物纳米复合材料的损耗因子大大增加。

[3]　BOKOBZA L.Multiwall carbon nanotube elastomeric composites：a review[J].Polymer,2007,48(17)：4907-4920.

辽宁省山洪灾害防治县级非工程措施项目在2012年汛期切实发挥重要的防灾减灾效益，经过总结分析，主要得益于以下三个方面：

2.3　碳纳米管与聚合物基体之间的相容性对Payne效应的影响

将所有的聚合物分子链和碳纳米管放置在一个非常大的模拟盒子中。首先，采用等温等压系综(NPT)，保持体系温度T*=1.0，压缩模拟体系使聚合物的密度ρ*=0.85。模拟盒子采用三维周期性边界条件。然后，采用等温等容系综(NVT)使模拟体系达到热力学平衡态，其中体系温度设为T*=1.0，高于聚合物的玻璃化转变温度。模拟体系达到平衡后，收集数据，并对数据进行分析。

更老一点的徽式宅子是有天井的，还有画窗和阁楼。郭村这样带天井的老宅已不多了，也不再住人，空在那里，里面堆着些乡间常见的物什：做茶叶的器具，耕田种地的器具。

γ0 图4　碳纳米管与聚合物基体之间的相容性对聚合物纳米复合材料储能模量的影响

从图4可以看出，碳纳米管与聚合物基体之间的相容性越好，在同等剪切振幅下的G′就越大，即聚合物纳米复合材料的增强效果就越好。然而，碳纳米管与聚合物基体之间的相容性增加，材料的Payne效应也随之增加。这是因为，随着碳纳米管与聚合物基体之间相互作用的增加，碳纳米管之间通过共同吸附分子链而形成局部聚集[16]，这种局部网络会随着剪切振幅的增加而被破坏得更严重，导致聚合物纳米复合材料的G′下降，其强度则会随着碳纳米管与聚合物基体之间相互作用的增加而增加，从而导致Payne效应更加显著。碳纳米管这种局部聚集的现象可由图5观察到，图5中红色球表示碳纳米管，聚合物分子链未在图5中显示。

图5　碳纳米管与聚合物基体之间的相容性对碳纳米管分散状态的影响

3　结　论

习近平总书记指出，人才是实现民族振兴、赢得国际竞争主动的战略资源，必须坚持党管人才原则，聚天下英才而用之，加快建设人才强国。未来总是属于年轻人。中国石化青工委正在联合有关部门加快实施人才强企工程，以增强“八种本领”为重点，建立源头培养、跟踪培养、全程培养的素质培养体系，促进各领域青年人才脱颖而出，青年人才活力竞相迸发，努力建设一支矢志爱国奉献，勇于创新创造的优秀青年人才队伍，助推中国石化决胜全面可持续发展、迈向高质量发展、打造世界一流。

(2) 随着碳纳米管长径比和碳纳米管含量的增加，碳纳米管/聚合物纳米复合材料的增强效果越来越好，但是复合材料的Payne效应也更显著。

在此基础上，运用SPSS24.0软件，进行Pearson相关检验，分析空间距离、经济发展水平、人口数量与各客源市场客流量增加值的相关性(表6)。从表6可以看出，空间距离是影响节假日期间客源市场客流量变化的主要因素，空间距离越远，客流量增加值将越小；经济发展水平和人口数量对客源市场客流量变化的影响并不明显，在本研究中未通过相关性检验。

(3) 当碳纳米管在聚合物基体中基本不出现团聚的情况下，随着碳纳米管与聚合物基体之间的相互作用越强(相容性越好)，碳纳米管/聚合物纳米复合材料的Payne效应也越显著。

参　考　文　献：

设定碳纳米管的长径比从10变化到18，碳纳米管质量分数为7.0%，碳纳米管与聚合物基体之间的相互作用参数εnp=1.0，研究了碳纳米管的长径比对聚合物纳米复合材料Payne效应的影响，如图2所示。

[2]　SPITALSKY Z,TASIS D,PAPAGELIS K,et al.Carbon nanotube-polymer composites：chemistry,processing,mechanical and electrical properties[J].Progress in Polymer Science,2010,35(3)：357-401.

(1)完善的培训与开发体系。随着对培训重要性的认识，企业也开始越来越重视在人员培训和开发上的投入，一方面可以提升员工在目前岗位上的绩效，另一方面开发了员工的潜能，满足员工自身发展需要的同时也满足了组织发展对人力资源的需求。培训与开发的投资回报率也证实了其对组织发展的重要性。

[4]　WANG M J.The role of filler networking in dynamic properties of filled rubber[J].Rubber Chemistry and Technology,1999,72(2)：430-448.

一松了口气，她浑身疲软像生了场大病一样，支撑着拿起大衣手提袋站起来，点点头笑道：“明天。”又低声喃喃说道：“他忘了有点事，赶时间，先走了。”

1882年由本特里公司(Bentley’s)出版的首部奥斯汀小说全集将奥斯汀的形象与英格兰农村的建筑——乔顿乡村教堂和史蒂文屯牧师住宅的木刻画——联系起来。这种将“奥斯汀”与田园古宅相连的传统还传达了奥斯汀对乡村农舍的由衷喜爱。这里需要指出的是，奥斯汀主要描绘的农舍不是穷苦的农舍农的居所，而是达什伍德太太这样落魄乡绅阶层，或是埃德蒙·伯伦特等这样的牧师，或是韦斯特先生这样的新兴力量所居住的新农舍。虽然比不上庄园的豪华与现代，却也方便、舒适，功能齐全。

[6]　ZHU Z,THOMPSON T,WANG S Q,et al.Investigating linear and nonlinear viscoelastic behavior using model silica-particle-filled polybutadiene[J].Macromolecules,2005,38(21)：8816-8824.

[7]　ALLEGRA G,RAOS G,VACATELLO M.Theories and simulations of polymer-based nanocomposites：from chain statistics to reinforcement[J].Progress in Polymer Science,2008,33(7)：683-731.

[8]　YAGYU H,UTSUMI T.Coarse-grained molecular dynamics simulation of nanofilled crosslinked rubber[J].Computational Materials Science,2009,46(2)：286-292.

在重新安装左、右支板时，至少需2人将左、右支板及水平托辊抬起，与电动铲运机后尾架两侧边板的钻孔定位对中，并要求保证左、右支板夹装的水平托辊不脱落。

[9]　RAOS G,CASALEGNO M.Nonequilibrium simulations of filled polymer networks：Searching for the origins of reinforcement and nonlinearity[J].The Journal of Chemical Physics,2011,134(5)：054902.

[10] HATTEMER G D,ARYA G.Viscoelastic properties of polymer-Grafted nanoparticle composites from molecular dynamics simulations[J].Macromolecules,2015,48(4)：1240-1255.

[11] KREMER K,GREST G S.Dynamics of entangled linear polymer melts：A molecular-dynamics simulation[J].The Journal of Chemical Physics,1990,92(8)：5057-5086.

鄱阳湖位于长江中下游的南岸，地势南高北低，承纳江西境内赣、抚、饶、信、修等五河来水，湖水由北部湖口出口汇入长江，是典型的吞吐型淡水湖泊。鄱阳湖水位变化大，季节性变化明显，枯水期一般出现在春、冬季，丰水期一般出现在夏、秋季节。鄱阳湖水流受长江水位和五河来水的影响，水体流速变化明显，水龄时间短（Qi et al.，2016）。鄱阳湖处平原区，属大风集中区域，特别是鞋山、老爷庙和瓢山风力最为集中（张琍等，2014）。在丰水期，湖面范围大，悬浮物空间变化不仅受河水流速的影响，还受风速的影响（贺志明等，2011；江辉等，2018）。另外，受采砂作业活动等影响，鄱阳湖北部水体呈现高浑浊特征。

[12] SHEN J,LI X,SHEN X,et al.Insight into the dispersion mechanism of polymer-grafted nanorods in polymer nanocomposites：A molecular dynamics simulation study[J].Macromolecules,2017,50(2)：687-699.

[13] LEES A W,EDWARDS S F.The computer study of transport processes under extreme conditions[J].Journal of Physics C：Solid State Physics,1972,5(15)：1921-1928.

[14] PLIMPTON S.Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics[J].Journal of Computational Physics,1995,117：1-19.

(5)应急预案模糊，针对性、可操作性、衔接性不强，质量不高、应急反应较为混乱。未针对暴露问题“修”预案等现象较为明显，地震应急预案系统性较强、内容全面，但缺乏具体的落实措施，多为规定各个部门的权利职责范围，需要进一步细化。

[15] 李芬.碳纳米管橡胶纳米复合材料的制备与性能[D].北京：北京化工大学,2013.

[16] LIU J,GAO Y,ZHANG L,et al.Nanoparticle dispersion and aggregation in polymer nanocomposites：a molecular dynamics simulation[J].Langmuir,2011,27(12)：7926-7933.