聚合物由于其独特的分子结构和优异的各项性能而备受研究者们的关注,其相关产业日益发展为国民经济的重要支柱。纳米填料的添加会显著改变聚合物材料的结晶行为,进而有效改善其力学性能,这种改性方法在工业上已被广泛应用。但聚合物种类繁多,纳米填料影响不同种类聚合物结晶行为的微观机理尚未完全清楚,这导致对众多实验结果难以给予系统诠释,从而制约了聚合物材料的有效设计与应用。因此研究和掌握填充纳米填料的不同聚合物体系的结晶行为无论是在学术界还是在工业界都至关重要。本文采用动态Monte Carlo模拟方法研究填充一维纳米填料的不同聚合物体系(主要包括无规共聚物、嵌段共聚物和环形聚合物)的结晶行为,主要研究内容和结论如下:1.溶液中一维纳米填料诱导无规共聚物结晶的动态Monte Carlo模拟研究。通过动态Monte Carlo模拟方法研究了一维纳米填料及不可结晶共聚单元含量对无规共聚物体系结晶行为的影响。结果表明,一维纳米填料的加入可以显著地加快聚合物的成核速率,提高最终结晶度。不可结晶共聚单元含量的改变也会影响体系的结晶行为及最终晶体形貌。在不可结晶共聚单元含量较低的共聚物体系中,一维纳米填料可以诱导聚合物结晶形成纳米杂化串晶结构;而在不可结晶共聚单元含量较高的共聚物体系中,大量不可结晶共聚单元的存在会阻碍纳米杂化串晶结构的形成。模拟结果可以帮助人们理解无规共聚物溶液中由一维纳米填料诱导形成的晶体结构的微观演变过程,从而指导相应的实验设计。2.溶液中一维纳米填料诱导嵌段共聚物结晶的动态Monte Carlo模拟研究。通过动态Monte Carlo模拟方法研究了一维纳米填料对结晶-无定形两嵌段共聚物体系结晶行为的影响。结果表明,嵌段共聚物中纳米填料会诱导一种新型的纳米杂化外延刷结构的形成,该结构以纳米填料为中心,可结晶链段由于界面相互吸引作用被吸附在填料表面并沿填料长轴方向取向,不可结晶链段则由于微相分离包裹在最外层。在这种分层结构的形成过程中,局部可结晶链段沿填料长轴方向的取向,以及可结晶链段与不可结晶链段之间的局部微相分离均在结晶之前发生。模拟结果为更复杂的纳米杂化结构的设计开发提供了新的思路和方法。3.微相分离影响填充一维纳米填料的嵌段共聚物结晶行为的动态Monte Carlo模拟研究。通过动态Monte Carlo模拟方法研究了微相分离对填充纳米填料的结晶-无定形两嵌段共聚物体系结晶行为的影响。结果表明,在结晶过程中,由于不同嵌段间的相互排斥作用,可结晶链段和不可结晶链段之间发生微相分离,使得可结晶链段倾向于垂直微相界面取向;但可结晶嵌段与填料之间的相互吸引作用会导致界面区域的可结晶链段倾向于沿填料长轴方向取向。最终晶体形貌由这两个因素共同决定。随着不同嵌段之间的相互排斥作用的增强,微相分离和界面相互作用之间的竞争逐渐加剧,最终导致结晶速率的加快和晶体形貌的退化。模拟结果为在实际生产中选择恰当的相互作用强度提供了理论指导,有助于人们实现对嵌段共聚物最终晶体结构的有效调控。4.溶液中一维纳米填料诱导环形聚合物结晶的动态Monte Carlo模拟研究。通过动态Monte Carlo模拟方法研究了纳米填料、分子链长度和分子链拓扑结构对聚合物结晶行为的影响。结果表明,与相同条件的线形聚合物相比,环形聚合物具有更高的熔融温度、更高的结晶温度和更快的结晶速率,尤其是在分子链较短的体系中。基于Thomson-Gibbs方程,理论分析了不同链长下环形和线形聚合物熔点之间的差异,并推导出环形和线形聚合物的熔点之比与分子链长度之间的关系。在不同链长的环形和线形聚合物等温结晶过程中,纳米填料均会诱导纳米杂化串晶结构的形成,但环形聚合物中形成的片晶的厚度略大于相同链长的线形聚合物中形成的片晶的厚度。模拟结果建立了分子链长度及分子链拓扑结构与结晶行为之间的关系,有利于帮助人们制备出结构和性能可控的聚合物材料。