激光诱导预氧化PAN炭化的反应分子动力学模拟

来源期刊：新型炭材料2020年第2期

论文作者：姚良博 杨卫民 谭晶 程礼盛

文章页码：176 - 183

关键词：激光;炭纤维;聚丙烯腈;炭化;反应分子动力学模拟;

摘    要：聚丙烯腈(PAN)分子向类石墨结构的转变过程在PAN基炭纤维的炭化过程中起着关键作用,研究激光诱导PAN分子的炭化过程对于进一步认识激光诱导PAN基炭纤维炭化机理有很大帮助。本文利用反应分子动力学方法模拟研究在2 500 K下,激光诱导预氧化PAN分子炭化过程与传统热处理诱导炭化的差异,分析了两种热处理方法过程中体系的能量变化、化学反应速率、原子波动状态及原子受力情况。结果表明,激光诱导过程由于激光具有使物体快速升温的特性,给辐射的炭纤维带来一定的热冲击应力,致使纤维内部原子波动加剧,活性原子数量增加,原子活性增大,与周边原子发生碰撞和化学反应的几率增大,从而促进石墨结构的形成。使用ReaxFF反应力场研究PAN分子的炭化过程,可以提供详细的反应分子动力学过程,有助于理解炭化过程中石墨结构的形成机理,同时也表明激光辐照PAN基炭纤维能得到更好的炭化效果。