无序低密度多孔材料结构的数值模拟的研究.pdfVIP

无序低密度多孑L材料结构的数值模拟研究 徐嘉靖崔旭东吴卫东张林唐永建 (中国工程物理研究院激光聚变研究中心材料科学与制备部 四川 绵阳621900) 低密度多孔材料的制备及其结构控制是ICF实验用靶材料研究的一个重要内容。无 序低密度多孔材料结构基本取决于凝胶网络。凝胶网络形成有很多不同的机理。聚合物 泡沫材料、氧化物气凝胶等多孔材料，主要通过胶体(或晶体微粒、多官能度单体)等 粒子扩散凝聚过程直接形成凝胶网络。金属泡沫材料则通过粒子随机紧密堆积形成相互 贯通的孔隙结构，在孔隙中填入金属，然后采用适当方法去除模板材料的方法制备。采 用这些方法制备的多孔材料的结构都与粒子堆积行为密切相关。本文采用扩散置限团簇 凝聚(DLCA)模型和随机紧密堆积(RcP)模型分别对稀疏体系和稠密体系中的粒子 堆积行为进行了系统研究，并建立了相应的无序多孔材料的结构模型。 对于稀疏粒子分散体系，采用粒子分散体系扩散凝聚的模型，建立多孔材料的结构 模型，对多孔材料的分形结构、比表面积、孔隙率等进行了系统研究。并将该模型拓展 到毛细管等原位成型的体系中，研究了模拟体系尺寸、容器壁面对粒子的相互作用、粒 子尺寸及分布、粒子体积分数等对凝聚体结构以及凝聚体密度分布的影响。 对于利用稠密粒子体系作为模板制备无序低密度多孔材料的体系，主要开展了随机 紧密堆积体系结构生成方法的建立，研究模板粒子尺寸及其分布对最终多孔材料结构的 影响，探讨模板粒子的结构特征对多孔材料低密度极限的影响。 由子粒子堆积体系的热力学性能主要取决于体系的自由体积，本文还对对所建立的 多孔材料的结构模型中自由体积和表面积的精确确定开展了研究，为进一步研究多孔材 料的力学性质等奠定了基础。 总之，本工作对与低密度多孔材料结构具有决定作用的粒子堆积行为进行系统的数 值模拟研究，一方面加深对低密度多孔材料结构形成机理的理解，进而为开发低密度多 孔材料结构控制提供理论指导。另～方面，为今后研究低密度多孔材料的性能提供真实 可靠的结构模型。 134