电活性聚合物PVDF和P(VDF-TrFE)能量学与动力学的密度泛函理论和分子动力学研究
软凝聚态物质
2009-11-10 v1 材料科学
摘要
我们采用第一性原理方法研究铁电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)及其与三氟乙烯(TrFE)共聚物的静态和动态力学性能。我们使用密度泛函理论[在广义梯度近似(DFT-GGA)内]计算PVDF和P(VDF-TrFE)各种晶相的结构和能量学。我们发现PVDF的最低能量相是一种由反式(T)和旁式(G)键结合的非极性晶体；对于共聚物，额外的(体积更大的)F原子的作用是稳定T键。这导致了实验观察到的更高结晶度和压电性。利用基于第一性原理的MSXX力场(FF)结合分子动力学(MD)，我们发现，在全T晶体中成核一个扭结(由反式键隔开的旁式对)所需的能垒在P(VDF-TrFE)共聚物中(14.9 kcal/mol)远低于PVDF(24.8 kcal/mol)。这与以下观察结果相关：共聚物的极性相在加热时会发生固-固转变，变为非极性相，而PVDF则直接熔化。我们还研究了单轴应力下极性相与非极性相之间界面的迁移率；我们发现与PVDF相比，共聚物具有更低的阈值应力和更高的迁移率。最后，考虑施加剪切下的塑性变形，我们发现P(VDF-TrFE)的链具有非常低的滑动阻力，特别是沿链方向。这些“单元机制”的原子级表征为电活性聚合物的介观或宏观模型提供了基本输入。
引用
@article{arxiv.cond-mat/0408156,
title = {Density Functional Theory and Molecular Dynamics Studies on Energetics and Kinetics for Electro-Active Polymers: PVDF and P(VDF-TrFE)},
author = {H. B. Su and Alejandro Strachan and William A. Goddard},
journal= {arXiv preprint arXiv:cond-mat/0408156},
year = {2009}
}
备注
15 pages 9 figures Electro-active polymer